JP4028282B2 - Optical multilayer filter - Google Patents

Description

【０００５】
式（１）において、ξはＳ偏光の場合はξ＝−ｎ₁・ｃｏｓ（θ）となり、Ｐ偏光の場合は、ξ＝ｎ₁／ｃｏｓ（θ）となるが、簡単のために、今後は、Ｓ偏光の場合を考える。入射角θが０度の場合には、ｃｏｓ（θ）＝１となるため、β＝２π・ｎ₁・ｄ₁／λ、ξ＝−ｎ₁となる。また、入射角θ＝０で、かつ、光学膜厚がｎ₁・ｄ₁＝λ／４の場合には、β＝π／２でなので、ｃｏｓ（β）＝０、ｓｉｎ（β）＝１となる。したがって、ｍ₁₁＝ｍ₂₂＝０、ｍ₁₂＝−１／ｎ₁、ｍ₂₁＝−ｎ₁となる。さらに、入射角θ＝０で、かつ、光学膜厚がｎ₁・ｄ₁＝λ／２の場合には、β＝πであるので、ｃｏｓ（β）＝−１、ｓｉｎ（β）＝０となる。したがって、ｍ₁₁＝ｍ₂₂＝−１、ｍ₁₂＝ｍ₂₁＝０となる。
また、式（１）の特性マトリックス（Ｍ）から、反射率係数｜ｒ｜および透過率係数ｔは、入射角θが０度で基板の屈折率がｎ₀の場合に、式（２）、式（３）となる。ただし、基板の屈折率をｎ_sとし、空気の屈折率は、ｎ₀＝１とした。
【０００６】
【数２】

【０００７】
したがって、式（２）から反射率Ｒは式（４）、さらに式（３）から透過率Ｔは式（５）となる。
【０００８】
【数３】

【０００９】
（式２）から（式５）より、光学膜厚がｎ₁・ｄ₁＝λ／４および光学膜厚がｎ₁・ｄ₁＝λ／２の場合には、高い反射率、高い透過率を得られることがわかる。
【００１０】
次に、図２５に示すような光学多層膜の場合を考察する。全体の特性マトリックス（Ｍ）は、各光学媒質の特性マトリックスをＭ₀、Ｍ₁、Ｍ₂、Ｍ₃、．．．、Ｍ_k-2、Ｍ_k-1、Ｍ_k、Ｍ_sとした場合に、式（６）となる。但し、全体特性マトリックス（Ｍ）の行列成分をｍｍ₁₁、ｍｍ₁₂、ｍｍ₂₁、ｍｍ₂₂とした。
【００１１】
【数４】

【００１２】
上記したように、特性マトリックス（Ｍ）により、式（４）や式（５）と同様に反射率Ｒと透過率Ｔを求めることが可能である。式（６）において、入射光の波長λを設計波長（または中心波長）λ₀に固定して光学膜厚ｎ_dを選択することで、光学フィルタとしての設計が可能となるため、所望のバンドパスフィルタを得ることができる。
【００１３】
次に、光波長多重（波長分割多重（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ ＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ：ＷＤＭ））通信に用いる合波フィルタや分波フィルタの要求仕様について、図２６の透過特性を参照して説明する。
バンドパス特性を評価する基準として、一般的に−０．５ｄＢでのフィルタ透過幅（または透過帯幅）Ｗ_(F)と、−２５ｄＢでのクロストーク透過幅（または−２５ｄＢ透過波長幅）Ｗ_(C)と、挿入損失とリップル強度（または透過帯域リップル）が用いられる。
【００１４】
フィルタ透過幅Ｗ_(F)は、光信号が透過するバンドパス信号の幅を示しており、狭いほど規定されたバンド帯域の中で多くの信号を通すことが可能となる。また、クロストーク幅Ｗ_(C)は、混信することなしにバンドパス信号をどれだけ近接させることができるかを示しており、細いほど混信せずにバンドパス信号を並べることができる。つまり、フィルタ透過幅Ｗ_(F)とクロストーク幅Ｗ_(C)がともに狭くなることで、規定されたバンド帯域の中で通信に使用できるバンドパス信号が増えることになる。
また、挿入損失とは、バンドパス信号の最大値の値と理想的な透過率１００％の強度差を示している。
さらに、リップルとは、バンドパス信号の最大値付近の部分に透過率が局所的に低下する現象が見られることであり、さざ波とも呼ばれる。リップルが発生した場合、所望のバンドパス特性が得られないことがある。リップルが発生した場合の信号最大値と局所的透過率低下値との差をリップル強度とする。理想的なバンドパス特性として、点線で示した矩形の形状が求められている。
【００１５】
現在使用されているバンドパスフィルタの特性としては、−０．５ｄＢでのフィルタ透過幅は２ｎｍ以下で、−２５ｄＢでのクロストーク透過幅が４ｎｍから８ｎｍ程度であるが、既にフィルタ透過幅が１ｎｍ以下のバンドパスフィルタの実用化を迎えている。
さらに、次世代の広帯域光波長多重通信（ＤＷＤＭ通信）に用いるバンドパス特性の要求仕様としては、フィルタ透過幅が０．１ｎｍ、クロストーク透過幅が０．３ｎｍ、挿入損失が１ｄＢ以下、リップル強度が０．２ｄＢという値が要求されている。このため最適なバンドパス特性の設計が求められている。
また、光学多層膜の総数も数十層から数百層と非常に多くなるため、膜厚や膜質の均一性もこれまで以上に高精度なものが要求されるようになっている。
【００１６】
さらに、幹線の大規模通信だけでなく、ＬＡＮ（Ｌｏｃａ１ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）通信でデファクトスタンダードになっているイーサネット通信においても、光学多層膜フィルタが使用されつつある。現在のツイストペアによる通信に代わって光ファイバを用いた１０ＧＢＡＳＥ−Ｘや１０ＧＢＡＳＥ−Ｗという１０Ｇｂｐｓ級の通信がＩＥＥＥ８０２．３規格として標準化され、普及に向けた検討が進んでいる。この場合に用いられる多重通信方式は、ＷＷＤＭ通信（ＣＷＤＭ通信ともいう）と呼ばれ、１３１０ｎｍや１５５０ｎｍ付近の波長帯域において、数十ｎｍずれた４つの波長で４つのデータを重ね合わせて送信し、４つの受光器で別々に読み取るものである。通信距離は約３００ｍであるが、ＬＡＮの世界では一番期待されている方式となっている。
【００１７】
このＷＷＤＭ通信用にも光学多層膜フィルタが用いられる。評価基準としては、図２６に示したフィルタ特性で、フィルタ透過幅が１０ｎｍ、クロストーク幅が２０ｎｍ以下、挿入損失が１ｄＢ以下、リップル強度が０．５ｄＢという値が要求されている。このＷＷＤＭ通信用光学多層膜フィルタでは、低コスト化が最大の課題とされている。
【００１８】
多層膜に用いられる薄膜材料として、シリコン（Ｓｉ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、二酸化チタン（ＴｉＯ₂）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、二酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂）、二酸化ランタン（ＬａＯ₂）、二酸化セリウム（ＣｅＯ₂）、三酸化アンチモン（Ｓｂ₂Ｏ₃）、三酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、二酸化ソリウム（ＴｈＯ₂）などの酸化物および二元以上の酸化物、あるいは、シリコン酸窒化物（ＳｉＯ_xＮ_x）、あるいは、シリコン窒化物（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ジルコニウム（ＺｒＮ）、窒化ハフニウム（ＨｆＮ）、窒化ランタン（ＬａＮ）などの窒化物および二元以上の窒化物、あるいは、フッ素化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、三フッ化セリウム（ＣｅＦ₃）、二フッ化カルシウム（ＣａＦ₂）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、六フッ化三ナトリウムアルミニウム（Ｎａ₃ＡｌＦ₆）などのフッ素化物、あるいは、二元以上のフッ素化物などがある。
【００１９】
一般には、これらの薄膜材料のうち適当な屈折率の異なる２種類の物質を選択し、透明基板上に薄膜形成装置を用いて光学多層膜フィルタを作成する。このような材料を積み重ねて多層膜として形成するために、様々な形成装置および形成方法が試みられている。中でもスパッタ法（スパッタリング法）は、危険度の高いガスや有毒ガスなどを使用する必要がなく、堆積する膜の表面凹凸（表面モフォロジ）が比較的良好であるなどの理由により、有望な成膜装置・方法の一つとなっている。その中でも、スパッタ法において化学量論的組成の膜を得るための優れた装置・方法として酸素ガスや窒素ガスなどの反応ガスを供給し、膜中の酸素や窒素が欠落するのを防止する反応性スパッタ装置・方法が有望である。
【００２０】
反応性スパッタ装置・方法の中でも、電子サイクロトロン共鳴（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ：ＥＣＲ）と発散磁界を利用して作られたプラズマ流を基板に照射するとともに、ターケットと接地間に高周波または直流電圧を印加し、上記ＥＣＲで発生させたプラズマ流中のイオンをターケットに引き込み衝突させてスパッタ現象を引き起こすことにより、膜を基板に堆積させる装置・方法（以下、これをＥＣＲスパッタ法という）が良好な膜質を得られるとして最も有望である。
ＥＣＲスパッタ法の特徴は、例えば、小野地、ジャパニーズジャーナルオブアプライドフィジクス、第２３巻、第８号、Ｌ５３４頁、１９８４年（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．２３，ｎｏ．８，Ｌ５３４（１９８４）．）に記載されている。
【００２１】
一般的に、ＲＦマグネトロンスパッタ法においては、０．１Ｐａ程度以上のガス圧力でないと安定なプラズマは得られないのに対し、上記ＥＣＲスパッタ法では、０．０１Ｐａ程度以下の分子流領域のガス圧力で安定なＥＣＲプラズマが得られる。
また、ＥＣＲスパッタ法は、高周波または直流電圧により、ＥＣＲにより生成したイオンをターゲットに当ててスパッタリングを行うため、低い圧力でスパッタリングができる。
【００２２】
また、ＥＣＲスパッタ法では、基板にＥＣＲプラズマ流とスパッタされた粒子が照射される。ＥＣＲプラズマ流のイオンは、発散磁界により１０ｅＶから数１０ｅＶのエネルギーに制御される。また、気体が分子流として振る舞う程度の低い圧力でプラズマを生成・輸送しているために、基板に到達するイオンのイオン電流密度も大きく取れる。したがって、ＥＣＲプラズマ流のイオンは、スパッタされて基板に飛来した原料粒子にエネルギーを与えるとともに、原料粒子と酸素または窒素との結合反応を促進することとなり膜質が改善される。
【００２３】
ＥＣＲスパッタ法は、特に、外部からの加熱をしない室温に近い低い基板温度で基板上に高品質の膜が形成できることが特徴である。ＥＣＲスパッタ法による高品質な薄膜堆積については、例えば、天澤他、ジャーナルオフバキュームサイエンスアンドテクノロジー、第Ｂ１７巻、第５号、２２２２頁、１９９９年（Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ１７，ｎｏ．５，２２２２（１９９９）．）に記載されている。
【００２４】
また、ＥＣＲスパッタ法で堆積した膜の表面モフォロジは、原子スケールのオーダーで平坦である。したがって、ＥＣＲスパッタ法は、ナノメーターオーダーの極薄膜からなる多層膜を形成するのに有望な装置・方法である。
【００２５】
さらに、ＥＣＲスパッタ法では、反応性ガスの分圧を制御することで、堆積膜の屈折率を精度良く制御することができる。この特性を利用することにより、他のスパッタ法では困難な任意の屈折率に調整した堆積膜を形成し、多層膜として形成することができる。
【００２６】
図２７に、代表的な光学多層膜フィルタの構成例を示す。光学膜厚ｎ_d＝λ₀／２のキャビティ層（２Ｌ）４と呼ばれる層の上下を、第１の光学媒質層２（光学膜厚ｎ_d＝λ₀／４；Ｌ層）と第１の光学媒質層よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質層３（光学膜厚ｎ_d＝λ₀／４；Ｈ層）とにより交互に積層した多層膜で挟んだ構造となっている。キャビティ層４は、第１の光学媒質層２と第２の光学媒質層３とを交互に積層した積層体のうち、所定の位置の層であり、光学膜厚がλ₀／２の整数倍の第１の光学媒質層２または第２の光学媒質層３により構成される。
【００２７】
図２７では、基板１上に第２の光学媒質層３（Ｈ層）と第１の光学媒質層２（Ｌ層）とを繰り返し１９層積層し、この上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し１９層積層して全体で３９層の多層膜となっている。このような、キャビティ層４を１つ持つ層構造を「シングルキャビティ」または「１キャビティ」と呼ぶことが多い。
さらに、キャビティ層４が２つ、３つ、４つ、５つと増えた場合、それぞれ「ダブルキャビティ」または「２キャビティ」、「トリプルキャビティ」または「３キャビティ」、「４キャビティ」、「５キャビティ」と呼ぶ。
【００２８】
図２７を参照し、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いた場合について詳細に説明する。ただし、バンドパスフィルタとしての設計波長はλ₀＝１５５０ｎｍとした。基板１としては、一般的に使用される、ＢＫ−７や結晶化ガラス等の基板を用いた。第２の光学媒質層３の光学膜厚ｄ_Hは１１９．２３ｎｍであり、第１の光学媒質層２の光学膜厚ｄ_Lは１８１．０７ｎｍであり、キャビティ層４の光学膜厚ｄ_Cは２×ｄ_Lで３６２．１５ｎｍである。
また、図２７では、屈折率を層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層２よりも第２の光学媒質層３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層３の方の屈折率が大きいことを示している。
【００２９】
図２７に示した光学多層膜フィルタの透過特性を図２８に示す。図２８によれば、極めて急峻で狭いバンドパス特性が得られるのがわかる。さらに、フィルタ透過幅は、０．１ｎｍ以下であり、挿入損失もなく、リップルもない形状が得られている。しかし、バンドパススペクトルの形状は、鋭い三角形の形状であり、−２５ｄＢのクロストーク幅が１ｎｍ以上であり、仕様を大きく超えている。つまり、図２６の透過特性において点線で示した矩形の形状（理想的なバンドバス特性）から外れている。したがって、シングルキャビティでＤＷＤＭ通信用のフィルタを作製するのは困難であることがわかる。
【００３０】
そこで、キャビティ数を増やすことにより、バンドパススペクトル形状を矩形にしようとする試みがなされている。図２９は、例として、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用い、キャビティ数を２とした２キャビティ（ダブルキャビティ）の場合のスペクトル形状を示す。バンドパスフィルタとしての設計波長はλ₀＝１５５０ｎｍとした。基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とを交互に２０層積層し、この上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し４１層積層して、さらにこの上に２Ｌのキャビティ層４を形成し、さらにその上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２を繰り返し２０層積層する。したがって、全体で８３層の多層膜となる。
【００３１】
上記のようにシングルキャビティを直列配置して２以上のキャビティを持つ多層膜構造が一般的に用いられており、ファブリペロー型と呼ばれる。図２８のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は約０．１ｎｍを達成しており、挿入損失も０．２ｄＢ程度であるが、−２５ｄＢのクロストーク幅はシングルキャビティに比較して、狭くなったが、０．３ｎｍ以上であり矩形のプロファイルではないため、要求仕様を満たさない。
【００３２】
そこで、さらにキャビティ数を増やし、バンドパススペクトルの形状を矩形のプロファイルに近づける試みがされている。例として、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用い、キャビティ数を３とした３キャビティ（トリプルキャビティ）の場合について説明する。
基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが交互に２３層積層される。この上に２Ｌのキャビティ層４が形成される。この上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し４７層積層される。さらにこの上に、２Ｌのキャビティ層４が形成される。さらにその上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し４７層積層される。さらにこの上に、２Ｌのキャビティ層４が形成される。さらにその上に、第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し２３層積層される。したがって、全体で１４３層の多層膜となる。バンドパスフィルタとしての設計波長はλ₀＝１５５０ｎｍとした。
【００３３】
図３０に３キャビティのバンドパススペクトル形状を示す。フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も０．１５ｎｍ程度となり、ほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、０．５ｄＢ以上のリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３４】
このリップルが現れる現象は、４以上のキャビティでも見られる。図３１に、第１の光学媒質層２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層３として屈折率が２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用い、キャビティ数を４とした４キャビティの場合とキャビティ数を５とした５キャビティのスペクトル形状を示す。設計波長はλ₀＝１５５０ｎｍとした。
【００３５】
４キャビティでは、基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し多層積層され、２Ｌのキャビティ層４が４層配置され、全体で１９１層の多層膜となる。図３１のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も約０．１ｎｍとほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、１．５ｄＢにも及ぶリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３６】
５キャビティでは、基板１上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが繰り返し多層積層され、２Ｌのキャビティ層４が５層配置され、全体で２３９層の多層膜となる。図３１のバンドパススペクトル形状を参照すると、フィルタ透過幅は０．１ｎｍ以下を達成しており、−２５ｄＢのクロストーク幅も約０．１ｎｍとほぼ矩形プロファイルが得られ、挿入損失もほぼ０ｄＢとＤＷＤＭ用の要求仕様を満たしていることがわかる。しかしながら、２．５ｄＢにも及ぶリップルが現れており、要求仕様を満たさない。
【００３７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、２キャビティ、３キャビティ、４キャビティ、５キャビティで見られたようなリップルが発生する現象は、６以上のキャビティでさらに顕著になる。キャビティ数が増加するにしたがって、クロストーク幅は小さくなるが、フィルタ透過幅やリップル強度は大きくなってしまう。フィルタ透過幅は、層の総数により調整できるが、リップル強度は、調整できない。
【００３８】
また、例に示した二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）と五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）以外、例えば五酸化タンタルと水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）の多層膜でも、また、その他の多層膜の組み合わせても、この現象は見られる。
【００３９】
そのため、０．１ｎｍ程度と狭いフィルタ透過幅を実現しながら、狭いクロストーク幅と矩形に近いバンドパス特性を得るとともに、挿入損失とリップルを抑えたバンドパスプロファイルを示すフィルタ構造の実現が不可欠となっている。
【００４０】
そこで、本発明の目的は、光通信に適応できるバンドパス特性を得ることができる光学多層膜フィルタを提供することを目的とする。
【００４１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を実現するため、本発明の光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質層より高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層して形成した複数の積層体を、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を介して接続した光学多層膜フィルタであって、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質層と第２の光学媒質層とを接続し、第１の光学媒質層、第２の光学媒質層、および、第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする。
【００４２】
さらに、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質と第の光学媒質との間の屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質層は、第１の光学媒質より小さい屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質層は、第２の光学媒質より大きい屈折率を有する第３の光学媒質からなることを特徴とする。
【００４３】
さらに、積層体を接続する第３の光学媒質層に隣接する第１の光学媒質層および第２の光学媒質層を除く第１の光学媒質層および第２の光学媒質層の一方の少なくとも１層を、第３の光学媒質層により置き換えたことを特徴とする。
【００４４】
また、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質より高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層した複数の第１の積層体を、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層と第１の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第２の積層体を介して接続した光学多層膜フィルタであって、第２の積層体の両端の第３の光学媒質層は、一端の第３の光学媒質層が第１の積層体の第１の光学媒質層と接続され、他端の第３の光学媒質層が第１の積層体の第２の光学媒質層と接続され、第１の光学媒質層、第２の光学媒質層、および、第３の光学媒質層は、これらの光学膜厚がそれぞれ、バンドパスフィルタとしての設計波長λに対して、λ／４となる膜厚を有することを特徴とする。
【００４５】
さらに、第２の積層体のうち少なくとも１つを第３の光学媒質層と第２の光学媒質層とからなり、両端の層が第３の光学媒質層となるように積層した第３の積層体に置き換えたことを特徴とする。
【００４６】
さらに、第３の光学媒質は、第１の光学媒質と第２の光学媒質との間の屈折率を有することを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質は、第２の光学媒質よりも大きな屈折率を有することを特徴とする。
さらに、第３の光学媒質は、第１の光学媒質よりも小さな屈折率を有することを特徴とする。
【００４８】
本発明によれば、フィルタ透過特性の形状を調整し、またリップルを少なくすることができる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。尚、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００５０】
実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層３とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を１層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、１キャビティに対応する。
【００５１】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ₀に対して、すべての層がλ₀／４となる膜厚から構成されていることである。従来のキャビティ構造に必須であるキャビティ層は、λ₀／２の整数倍で構成される。λ₀／２は、λ₀／４層を２枚連続して形成したとも言える。しかし、実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタは、そのようなλ₀／４を２枚以上連続して重ねた層を持たず、従来のキャビティ構造とは、全く異なった構造である。
【００５２】
具体的な構造は、図１に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２０層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層３と第１の光学媒質層２とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で４０層の多層膜となる。
【００５３】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７から１．４８のフッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）、または、屈折率が１．４８から３．５の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）、または、屈折率が１．４８から１．９５の酸窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ_y）などを用いることにより、屈折率を１．３７から３．５まで調整した。
【００５４】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、屈折率が１．３７の場合には２８２．８５ｎｍであり、３．２の場合には１２１．０９ｎｍである。
【００５５】
また、図１においては、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５との屈折率を、それぞれの層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３との間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【００５６】
図２は、図１に示した光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を１．３７、１．８、３．２と変化させた場合の設計透過特性を示す。第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を変化させることにより、挿入損失とフィルタ透過幅が大きく変化することがわかる。第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の中間の値である１．８とした場合に、挿入損失が０ｄＢとなる。
【００５７】
従来の光学多層膜フィルタと比較するために、図２７に示した従来の１キャビティ構造を有する光学多層膜フィルタにおいて、キャビティ層（２Ｌ）４の屈折率を１．３７、１．８、３．２とした場合の設計透過特性を図３に示す。図３により従来のキャビティ構造を有する光学多層膜フィルタでは、キャビティ層の屈折率を変化させた場合に、フィルタ透過幅などが変化するが、挿入損失は変化しないことがわかる。
【００５８】
図４に、図１に示した光学多層膜フィルタにおける第３の光学媒質層（膜）（Ｃ層）５の屈折率、および図２７に示した従来の１キャビティ構造を有する光学多層膜フィルタにおいてキャビティ層４の屈折率を変化させたときの挿入損失の変化を合わせて示す。
従来のキャビティ構造では、キャビティ層４の屈折率を変化させても、挿入損失は変化しないことがわかる。多層膜構造体を第３の光学媒質層（Ｃ層）５で接続した構造を有する新構造の光学多層膜フィルタでは、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を変化させることにより挿入損失が変化し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を適当に選択することにより、挿入損失を０ｄＢまで下げることが可能である。また、第３の光学媒質の屈折率が１．５から２．２の範囲で、キャビティ層４を有する光学多層膜フィルタよりも挿入損失が小さいことが分かる。したがって、従来のキャビティ構造では、挿入損失を調整できないが、実施の形態１で示したような、新構造にすることによって、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を調整することにより、フィルタ特性（特に挿入損失）を調整できる。
【００５９】
実施の形態１では、全層の数が４０層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００６０】
次に、製造方法について説明する。ＥＣＲスパッタ装置を用いて、光学多層膜フィルタの製造を行った。図５に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置の概略図を示す。
【００６１】
製造方法を具体的に説明する。まず、容器内を真空にした後、ＥＣＲプラズマ源にスパッタガスおよび反応性ガスを導入し適当なガス圧にする。次に、磁気コイル９によりＥＣＲプラズマ源内に０．０８７５Ｔの磁場を発生させた後、導波管と石英窓１１を通してＥＣＲプラズマ源に周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波を導入し、ＥＣＲ領域８に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマを生成する。
ＥＣＲプラズマは、発散磁場により基板１方向にプラズマ流を作る。実施の形態１に示すＥＣＲプラズマ源は、導入したマイクロ波電力を一旦分岐してプラズマ源の直前で再び結合させるもので、ターゲット７からの飛散粒子が石英導入窓に付着することを防ぐことにより、ランニングタイムを大幅に改善できるものである。ＥＣＲプラズマ源と基板１との間にリング状の円形ターゲット７を配置し、ターゲット７に高周波電圧を印加してスパッタリングを行って、基板ホルダ６に取り付けられた基板１上に薄膜を形成する。
【００６２】
また、複数のＥＣＲプラズマ源と複数のターゲット７を設置し、切り替えてスパッタリングを行うことによって、基板１上に屈折率の異なる複数の堆積膜を多層膜として形成することができる。例えば、実施の形態１においては、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置し、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）を、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を、第３の光学媒質層（Ｃ層）５として酸化シリコン（ＳｉＯ_x）または酸窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ_y）を堆積することによって、本発明の光学多層膜フィルタを形成することができる。
【００６３】
ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲット７にシリコンと純アルミニウムを用い、また、反応性ガスとして酸素ガスと窒素ガスを、さらに不活性ガスとしてアルゴンを用いて、酸化シリコン薄膜と酸窒化シリコン薄膜とアルミナ薄膜の成膜を行った。
ＥＣＲプラズマ源には、供給する反応性ガスの多少に関わらず、プラズマが安定に得られるだけのアルゴンを導入する。
【００６４】
上記のようにして、基板１上に成膜した酸化シリコン膜と酸窒化シリコンとアルミナ膜の屈折率の酸素流量依存性を図６に示す。
アルゴンガス流量を２０ｓｃｃｍとし、酸素ガス流量を０から８ｓｃｃｍの間で変化させ、ＥＣＲイオン源に導入するマイクロ波電力を５００Ｗ、ターゲットに印加する高周波電力を５００Ｗとした。ただし、酸窒化シリコンでは、酸素と窒素の流量の合計が１０ｓｃｃｍとなるように調整する。
また、基板１は加熱していない。なお、屈折率は６３８ｎｍレーザによるエリプソメータを用いて測定した。
【００６５】
図６によれば、酸化シリコン膜と酸窒化シリコン膜およびアルミナ膜の屈折率は、酸素流量の増加にしたがって減少し、屈折率が化学量論的組成を満たす二酸化シリコンまたはサファイア基板の屈折率になることがわかる。すなわち、反応性ガスによって良好な膜質を保ちながら屈折率を制御できることを示している。
具体的には、酸化シリコン膜では、１．４７から３．８の範囲で、また、酸窒化シリコン膜では、１．４７から２．０の範囲で、また、アルミナ膜では、１．６１から４．３の範囲で、屈折率を制御できる。
【００６６】
さらに、二酸化シリコン膜を含む酸化シリコン膜、アルミナ膜のみならず、ＥＣＲスパッタ法で形成できる五酸化タンタル、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、二酸化ハフニウム、二酸化ランタン、二酸化セレン、二酸化セリウム、三酸化アンチモン、三酸化インジウム、酸化マグネシウム、二酸化ソリウム等の酸化物、シリコン窒化物、窒化アルミニウム、窒化ジルコニウム、窒化ハフニウム、窒化ランタン等の窒化物、および、シリコン酸窒化物等の酸窒化物、フッ素化マグネシウム、フッ素化セレン、三フッ化セリウム、二フッ化カルシウム、フッ化リチウム、六フッ化三ナトリウムアルミニウム等のフッ素化物、さらには、堆積時に水素を導入したアモルファスシリコン、あるいは、二元合金の酸化物、二元合金の窒化物などにおいても反応性ガスの流量（分圧）による屈折率制御ができる。
【００６７】
実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層３とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を３層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、３キャビティに対応する。
【００６８】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ₀に対して、すべての層がλ₀／４となる膜厚から構成されていることである。
【００６９】
具体的な構造は、図７に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層されている。したがって、全体で１３５層の多層膜となっている。
【００７０】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７の一フッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）用いた。
【００７１】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２８２．８５ｎｍである。
【００７２】
また、図７においては、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、それぞれの層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも狭いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２よりも小さいためである。
【００７３】
図８に、図７に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成を有する光学多層膜フィルタの設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層４の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．２ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが改善され、０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【００７４】
実施の形態２では、全層の数が１３５層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００７５】
さらに、図９に示すように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、ＣＬＣのように、第３の光学媒質層、第１の光学媒質層、第３の光学媒質層とを順次積層し、複数の層（複合層と呼ぶ）として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２２層積層されている。したがって、全体で１４１層の多層膜となっている。
【００７６】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．３７のフッ素化マグネシウム（ＭｇＦ）を用いた。
【００７７】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２８２．８５ｎｍである。
【００７８】
また、図９においても実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２および第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも狭いのは、第１の光学媒質層（Ｌ層）の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２よりも小さいためである。
【００７９】
図１０に、図９に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．２ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を複合層として配置すると、リップルが大きく改善されほとんと０ｄＢになることがわかる。
【００８０】
また、実施の形態２では、全層の数が１４１層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００８１】
また、図９に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５、第１の光学媒質層（Ｌ層）２、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層し、ＣＬＣのように複合層として配置した例を示したが、ＣＨＣのように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体、ＣＬＣＬＣのように第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）３と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体、ＣＨＣＨＣのように第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と、第３の光学媒質層（Ｃ層）５とを順次積層した積層体などの複合層を配置した場合においても同様の効果が得られる。
また、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣ複合層に置き換えられた３つの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣ複合層に置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣ複合層に置き換えられた３つの第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣ複合層に置き換えてもよい。
【００８２】
さらに、図７や図９に示した光学多層膜フィルタのように、従来のキャビティ構造の位置に第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層や第３の光学媒質層（Ｃ層）５を含む複合層を配置する構造ではなく、従来のキャビティ構造におけるキャビティ層とキャビティ層との間、および、キャビティ層と空気層との間、およびキャビティ層と基板１との間の多層膜を構成する第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２を第３の光学媒質層（Ｃ層）５に置き換える構造においても同様の効果が得られる。
【００８３】
具体的な構造は、例えば、第３の光学媒質層５を、第１の光学媒質と第２の光学媒質との間の屈折率を有する第３の光学媒質により形成した場合には、図１１に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１２層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１３層積層され、その上に第３の光学媒質層５形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１４層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１０層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１０層積層されている。したがって、全体で１３４層の多層膜となっている。
【００８４】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．８０の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）または酸窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ_y）を用いた。
【００８５】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２１５．２８ｎｍである。
【００８６】
また、図１１においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは、第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【００８７】
図１２に、図１１に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の３キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが０．６ｄＢ程度であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され、０．２ｄＢになることがわかる。
【００８８】
また、実施の形態２では、全層の数が１３４層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００８９】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、３つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えばフッ素化マグネシウムを堆積することによって、形成することが可能である。
【００９０】
また、実施の形態２においても、図４に示したように、屈折率によってフィルタ特性を調整することが可能である。ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲットの材質と反応性ガスの流量（分量）を選択し、屈折率を制御することにより、最適な屈折率を選択することによって、最適なフィルタ特性を得ることができる。
また、実施の形態２では、第３の光学媒質が第１の光学媒質と第２の光学媒質との間、および第１の光学媒質よりも小さい場合を例として説明したが、第２の光学媒質よりも大きい場合においても同様の効果がある。
【００９１】
実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層し形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質とは異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を４層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、４キャビティに対応する。
【００９２】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ₀に対して、すべての層がλ₀／４となる膜厚から構成されていることである。
【００９３】
具体的な構造は、図１３に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で１７２層の多層膜となっている。
【００９４】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が３．２の水素化シリコン（Ｈ：Ｓｉ）を用いた。
【００９５】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１２１．０９ｎｍである。
【００９６】
また、図１３においても実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも大きいためである。
【００９７】
図１４に、図１３に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の４キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置することにより、リップルが大きく改善され０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【００９８】
実施の形態３では、全層の数が１７２層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【００９９】
さらに、図１５のように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とを順次積層し、ＣＬＣＬＣＬＣのように複数の層（複合層と呼ぶ）として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）１が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）１と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば３８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば３８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば１７層積層されている。したがって、全体で１８０層の多層膜となっている。
【０１００】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が１．８０の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）または酸窒化シリコン（ＳｉＯ_xＮ_y）を用いた。
【０１０１】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ，第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は２１５．２８ｎｍである。
【０１０２】
また、図１５においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３の間の値であることを示している。
【０１０３】
図１６に、図１５に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の４キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．１ｄＢ以下になることがわかる。
【０１０４】
また、実施の形態３では、全層の数が１８０層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１０５】
また、図１５に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、ＣＬＣＬＣＬＣのように複合層として配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）５、第１の光学媒質層（Ｌ層）２、第２の光学媒質層（Ｈ層）３を用いて、ＣＬＣやＣＨＣやＣＬＣＬＣやＣＨＣＨＣなどの複合層として配置された場合においても同様の効果が得られる。
また、ＣＬＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１０６】
さらに、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１０７】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンや酸窒化シリコンを堆積することによって、形成することができる。
【０１０８】
また、他の実施形態においても、図４に示したように、屈折率によってフィルタ特性を調整することができる。ＥＣＲスパッタ装置において、ターゲットの材質と反応性ガスの流量（分量）の選択で、屈折率を制御することにより、最適な屈折率を選択することによって、最適なフィルタ特性を得ることができる。
【０１０９】
実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層とを交互に積層して形成された多層構造体の間に、第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層を５層配置した構造である。従来のキャビティ構造では、５キャビティに対応する。
【０１１０】
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ₀に対して、すべての層がλ₀／４となる膜厚から構成されていることである。
【０１１１】
具体的な構造は、図１７に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第３の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で２１７層の多層膜となっている。
【０１１２】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が３．０の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）を用いた。
【０１１３】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１２９．１７ｎｍである。
【０１１４】
また、図１７においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３よりも広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）よりも大きいためである。
【０１１５】
図１８に、図１７に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の５キャビティの構成の設計透過特性を合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．２ｄＢ以下になることがわかる。
【０１１６】
実施の形態４では、全層の数が２１７層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１１７】
さらに、図１９のように、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単層でなく、第３の光学媒質層（Ｃ層）５と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とを積層し、ＣＨＣＨＣのように複合層として配置することも可能である。
具体的な構造は、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば２１層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４４層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば４２層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１９層積層されている。したがって、全体で２３７層の多層膜となっている。
【０１１８】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が２．４の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）を用いた。
【０１１９】
それぞれの光学膜厚は、バンドパスフィルタとしての設計波長（以下、設計波長と呼ぶ）をλ₀＝１５５０ｎｍとした場合に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は２６１．８２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１９．２３ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は１６１．４６ｎｍである。
【０１２０】
また、図１９においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３より広いのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）よりも大きいためである。
【０１２１】
図２０に、図１９に示した光学多層膜フィルタにおいて、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の複合層として配置した場合の設計透過特性を示す。比較のために従来の５キャビティの構成の設計透過特性も合わせて示す。但し、キャビティ層の屈折率は１．４８である。従来のキャビティ構造では、フィルタ透過幅が約０．１ｎｍで、リップルが１ｄＢ以上であるのに対し、第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置すると、リップルが大きく改善され０．２ｄＢ以下になることがわかる。
【０１２２】
また、実施の形態４では、全層の数が２３７層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１２３】
また、図１９に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単体でなく、ＣＬＣＬＣのように複合して配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）、第１の光学媒質層（Ｌ層）、第２の光学媒質層（Ｈ層）を用いて、ＣＬＣやＣＨＣやＣＨＣＨＣやＣＬＣＬＣＬＣなどの複合した配置においても同様の効果が得られる。
【０１２４】
また、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１２５】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを形成し、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンや三窒化シリコンを堆積することによって、形成することが
できる。
【０１２６】
図２１に、図１９における第３の光学媒質層（Ｃ層）５の光学媒質層の屈折率、および、従来の５キャビティ構造においてキャビティ層の屈折率を変化させた場合の挿入損失とリップル強度の変化を示す。
従来のキャビティ構造では、キャビティ層の屈折率を変化させても、挿入損失とリップル強度は変化しないことがわかる。多層膜構造体を第３の光学媒質層（Ｃ層）５で接続した構造の新構造では、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率により挿入損失が変化し適当な第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率を選択することにより、挿入損失とリップル強度を０ｄＢ程度まで下げることができる。このことは、従来のキャビティ構造では、挿入損失を調整できないことを示している。
しかし、実施の形態４で示したような、新構造にすることによって、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の屈折率の調整により、フィルタ特性を調整できる。
【０１２７】
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタについて説明する。
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタは、本発明をＷＷＤＭ通信に適応したものである。
実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタは、第１の光学媒質からなる第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第１の光学媒質よりも高い屈折率を有する第２の光学媒質からなる第２の光学媒質層（Ｈ層）３により形成された多層構造体の間に、第１の光学媒質および第２の光学媒質と異なる屈折率を有する第３の光学媒質からなる第３の光学媒質層５を４層配置した基本構造において、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置のかわりに、第３の光学媒質層（Ｃ層）３と、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と、第３の光学媒質層（Ｃ層）３とを順次積層したＣＬＣの複合層を配置した構造である。
この光学多層膜フィルタの大きな特徴は、バンドパスフィルタとしての設計波長λ₀に対して、すべての層がλ₀／４となる膜厚から構成されていることである。
【０１２８】
具体的な構造は、図２２に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば９層積層され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば２０層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば１８層積層されている。その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）２が形成され、その上に第３の光学媒質層５が形成され、その上に第１の光学媒質層（Ｌ層）と第２の光学媒質層（Ｈ層）３とが交互に例えば７層積層されている。したがって、全体で８４層の多層膜となっている。
【０１２９】
基板１としては、屈折率１．４７の透明基板、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として屈折率が１．４８の二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として２．１４の五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）を用いる。第３の光学媒質層５としては屈折率が２．２の酸化シリコン（ＳｉＯ_x）を用いた。
【０１３０】
また、図２２においても、実施の形態１と同様に、第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第３の光学媒質層５の屈折率を、層の横幅により、模式的に表した。つまり、第１の光学媒質層（Ｌ層）２より第２の光学媒質層（Ｈ層）３の横幅が広いのは第２の光学媒質層（Ｈ層）３の屈折率が大きいためである。第３の光学媒質層５の横幅が第１の光学媒質層（Ｌ層）２と第２の光学媒質層（Ｈ層）３幅より広い幅であるのは、第３の光学媒質層５の屈折率が第２の光学媒質層（Ｈ層）３より大きい値であるためである。
【０１３１】
それぞれの光学膜厚は、設計波長がλ₀＝１５４０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１７９．９１ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１１８．４６ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７５ｎｍである。
設計波長がλ₀＝１５６０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８２．２４ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２０．００ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７７．２７ｎｍである。
設計波長がλ₀＝１５８０ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８４．５８ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２１．５４ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１７９．５５ｎｍである。
設計波長がλ₀＝１６００ｎｍの場合、第１の光学媒質層（Ｌ層）２は１８６．９２ｎｍ、第２の光学媒質層（Ｈ層）３は１２３．０８ｎｍである。また、第３の光学媒質層５は、１８１．８２ｎｍである。
【０１３２】
図２３は、設計波長をλ₀＝１５４０ｎｍ、１５６０ｎｍ、１５８０ｎｍ、１６００ｎｍとし、光学多層膜フィルタに第３の光学媒質層（Ｃ層）５を配置した場合の設計透過特性を示す。全ての設計波長λ₀においてリップル強度が０．１ｄＢ程度、フィルタ透過幅が１０ｎｍ、クロストーク幅が２０ｎｍと矩形の信号が得られている。設計波長を適当に選択することによって、ＷＷＤＭ通信に適用したフィルタ特性を得ることができる。
【０１３３】
実施の形態５では、全層の数が８４層であるが、所望のフィルタ透過幅やクロストーク幅を得るために、適宜層数を変化させて光学多層膜フィルタを構成した場合においても同様の効果が得られる。
【０１３４】
また、図２２に示した光学多層膜フィルタにおいては、第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置を第３の光学媒質層（Ｃ層）５単体でなく、ＣＬＣように複合して配置した例を示したが、第３の光学媒質層（Ｃ層）、第１の光学媒質層（Ｌ層）、第２の光学媒質層（Ｈ層）を用いて、ＣＨＣやＣＬＣＬＣやＣＨＣＨＣなどの複合した配置においても同様の効果が得られる。
【０１３５】
また、ＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣ複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣで置き換えてもよい。
さらに、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられた複数の第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、少なくとも１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えても同様の効果が得られれる。例えば、ＣＬＣＬＣの複合層に置き換えられられた３つ第３の光学媒質層（Ｃ層）５の配置位置のうち、１つの複合層をＣＨＣＨＣで置き換えてもよい。
【０１３６】
また、製造方法は、実施の形態１と同様に、ＥＣＲスパッタ装置を用いて、２つのＥＣＲプラズマ源に、それぞれ、シリコンターゲットとタンタルターゲットを設置して、第１の光学媒質層（Ｌ層）２として二酸化シリコンを、第２の光学媒質層（Ｈ層）３として五酸化タンタルを、第３の光学媒質層５として例えば酸化シリコンを堆積することによって、形成することができる。反応性ガスの流量（分量）により、屈折率を制御することができ、最適なフィルタ特性を得ることができる。
【０１３７】
本発明の効果を説明するために、既存の１００ＧＨｚ帯（フィルタ透過幅が０．８ｎｍ）と比較する。
従来の光学多層膜フィルタにおいては、フィルタ透過幅を狭めるために、キャビティ層を第１の光学媒質層（Ｌ層）２の偶数倍や第２の光学媒質層（Ｈ層）３の偶数倍を用いるのが一般的である。
【０１３８】
例えば、従来の光学多層膜フィルタでは、図３２に示すように、透明基板１上に、第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１５層積層され、その上にキャビティ層４ｄが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３３層積層され、 その上にキャビティ層４ｃが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３５層積層され、 その上にキャビティ層４ｂが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば３３層積層され、その上にキャビティ層４ａが形成されている。その上に第２の光学媒質層（Ｈ層）３と第１の光学媒質層（Ｌ層）２とが交互に例えば１８層積層されている。したがって、全体で１３８層の多層膜である４キャビティ構造であるが、第１の光学媒質層（Ｌ層）を８層形成したキャビティ層（８Ｌ）４ａ、４ｂ、４ｄや４層形成したキャビティ層（４Ｌ）４ｃ等のキャビティ層をλ／４層として換算すると１６１層に相当する。
【０１３９】
これに対し、本発明においては、実施の形態３に示した構造を参考にして、第３の光学媒質層５の屈折率を３．２として構成すると全てλ／４層を用いて１４０層で構成することができる。つまり、従来の光学多層膜フィルタに比べて１３％の層数の低減が図られる。１００ＧＨｚ帯以下のさらに細いフィルタを構成する場合、この効果はさらに大きくなる。
【０１４０】
【発明の効果】
本発明の光学多層膜フィルタによれば、フィルタ特性の形状を調整し、またリップルを少なくすることにより、光通信に適応できるバンドパス特性を有するバンドパスフィルタを得ることができる。さらに、従来のキャビティ構造よ少ない総数で同様のフィルタ特性を得ることができるため、経済的に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２】 実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図３】 光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図４】 実施の形態１にかかる光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層の屈折率、またはキャビティ層の屈折率に対する入力損失の変化を示す説明図である。
【図５】 電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）装置の概略図である。
【図６】 電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて作製した膜の特性を示す図である。
【図７】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図８】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図９】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１０】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１１】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１２】 実施の形態２にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１３】 実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１４】 実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１５】 実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１６】 実施の形態３にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１７】 実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図１８】 実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図１９】 実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２０】 実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図である。
【図２１】 実施の形態４にかかる光学多層膜フィルタの第３の光学媒質層の屈折率、またはキャビティ層の屈折率に対する入力損失の変化を示す説明図である。
【図２２】 実施の形態５にかかる光学多層膜フィルタの構造を示す断面図である。
【図２３】 ＷＷＤＭへ応用した場合の光学多層膜フィルタのフィルタ特性を示す説明図であるる。
【図２４】 光学多層膜フィルタの原理を説明するための説明図である。
【図２５】 光学多層膜フィルタを説明するための説明図である。
【図２６】 光学多層膜フィルタの特性における性能を示す説明図である。
【図２７】 光学多層膜フィルタの構造を説明するための図である。
【図２８】 従来の１キャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図２９】 従来のダブルキャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３０】 従来のトリプルキャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３１】 従来の４キャビティおよび５キャビティの多層膜フィルタの透過率特性を示す説明図である。
【図３２】 従来の多層膜フィルタの構造を説明するための図である。
【符号の説明】
１…基板、２…第１の光学媒質層、３…第２の光学媒質層、４…キャビティ層、４ａ…第１のキャビティ層、４ｂ…第２のキャビティ層、４ｃ…第３のキャビティ層、４ｄ…第４のキャビティ層、５…第３の光学媒質層、６…基板ホルダ、７…ターゲット、８…ＥＣＲ領域、９…磁気コイル、１０…高周波電力、１１…石英窓、１２…光学媒質層、１３…第１の光学媒質層、１４…第２の光学媒質層、１５…第ｋ−２の光学媒質層、１６…第ｋ−１の光学媒質層、１７…第ｋの光学媒質層。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical multilayer filter used for an optical communication apparatus, an optical device, or the like.
[0002]
[Prior art]
The optical multilayer filter is formed by alternately stacking optical medium films having different optical refractive indexes, for example, dielectric films, and obtains predetermined optical characteristics by utilizing interference of reflected light at the boundary surface. . In order to obtain the desired optical characteristics that cannot be obtained with a single layer film at present, various optical filters such as anti-reflection coatings on glass such as glasses and plastics, color separation prisms of video cameras, bandpass filters, and light emitting lasers. It is used for end face coating.
In addition, as a recent situation, a multiplexing filter and a demultiplexing filter used for broadband optical wavelength division multiplexing (Dense Wavelength Division Multiplexing: DWDM) communication, and 10 Gbps in Ethernet (registered trademark) communication used for a short distance. It is applied to a wide-band wavelength division multiplexing (WWDM) communication (lEE802.3 standard).
[0003]
The design of the optical filter will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 24, the refractive index n _s The refractive index n on the substrate 1 of ₁ The transparent optical medium film 12 is formed with a film thickness d. ₁ In the single-layer film filter formed in (1), the characteristic matrix (M) when light is incident on the optical medium film 12 is defined as in Expression (1). However, the wavelength of incident light is λ, the incident angle is θ with respect to the normal of the incident surface, β = 2π · n ₁ ・ D ₁ Define as cos (θ) / λ. I represents an imaginary number, and m ₁₁ , M ₁₂ , M _{twenty one} , M _{twenty two} Is a matrix component of the characteristic matrix (M), m ₁₁ = M _{twenty two} = Cos (β), m ₁₂ = I · 1 / ξ · sin (β), m _{twenty one} = I · ξ · sin (β).
[0004]
[Expression 1]

[0005]
In equation (1), ξ is ξ = −n for S-polarized light ₁ Cos (θ), and in the case of P-polarized light, ξ = n ₁ / Cos (θ), but for the sake of simplicity, the case of S-polarized light will be considered in the future. When the incident angle θ is 0 degree, cos (θ) = 1, so β = 2π · n ₁ ・ D ₁ / Λ, ξ = −n ₁ It becomes. Further, the incident angle θ = 0 and the optical film thickness is n. ₁ ・ D ₁ In the case of = λ / 4, since β = π / 2, cos (β) = 0 and sin (β) = 1. Therefore, m ₁₁ = M _{twenty two} = 0, m ₁₂ = -1 / n ₁ , M _{twenty one} = -N ₁ It becomes. Further, the incident angle θ = 0 and the optical film thickness is n. ₁ ・ D ₁ In the case of = λ / 2, since β = π, cos (β) = − 1 and sin (β) = 0. Therefore, m ₁₁ = M _{twenty two} = -1, m ₁₂ = M _{twenty one} = 0.
Further, from the characteristic matrix (M) of the equation (1), the reflectance coefficient | r | and the transmittance coefficient t are such that the incident angle θ is 0 degree and the refractive index of the substrate is n. ₀ In the case of (2), Equations (2) and (3) are obtained. However, the refractive index of the substrate is n _s And the refractive index of air is n ₀ = 1.
[0006]
[Expression 2]

[0007]
Therefore, the reflectance R from the equation (2) is the equation (4), and the transmittance T from the equation (3) is the equation (5).
[0008]
[Equation 3]

[0009]
From (Expression 2) to (Expression 5), the optical film thickness is n. ₁ ・ D ₁ = Λ / 4 and optical film thickness is n ₁ ・ D ₁ It can be seen that when λ / 2, high reflectance and high transmittance can be obtained.
[0010]
Next, consider the case of an optical multilayer film as shown in FIG. The overall characteristic matrix (M) is the characteristic matrix of each optical medium. ₀ , M ₁ , M ₂ , M _Three ,. . . , M _k-2 , M _k-1 , M _k , M _s In this case, Equation (6) is obtained. However, the matrix component of the overall characteristic matrix (M) is mm ₁₁ , Mm ₁₂ , Mm _{twenty one} , Mm _{twenty two} It was.
[0011]
[Expression 4]

[0012]
As described above, the reflectance R and the transmittance T can be obtained from the characteristic matrix (M) similarly to the equations (4) and (5). In Expression (6), the wavelength λ of the incident light is changed to the design wavelength (or center wavelength) λ. ₀ Optical film thickness n fixed to _d Since it becomes possible to design as an optical filter, a desired bandpass filter can be obtained.
[0013]
Next, the required specifications of a multiplexing filter and a demultiplexing filter used for optical wavelength division multiplexing (wavelength division multiplexing (WDM)) communication will be described with reference to the transmission characteristics of FIG.
A filter transmission width (or transmission band width) W at −0.5 dB is generally used as a standard for evaluating the bandpass characteristics. _(F) And the crosstalk transmission width (or -25 dB transmission wavelength width) at -25 dB W _(C) Insertion loss and ripple strength (or transmission band ripple) are used.
[0014]
Filter transmission width W _(F) Indicates the width of the band-pass signal through which the optical signal is transmitted. The narrower the band, the greater the number of signals that can pass through. Crosstalk width W _(C) Indicates how close the band-pass signals can be made without interference, and the narrower the band-pass signals can be arranged without interference. That is, the filter transmission width W _(F) And crosstalk width W _(C) Since both of these are narrowed, the number of bandpass signals that can be used for communication within the specified band band increases.
The insertion loss indicates the intensity difference between the maximum value of the bandpass signal and the ideal transmittance of 100%.
Furthermore, the ripple is a phenomenon in which the transmittance is locally reduced in the vicinity of the maximum value of the bandpass signal, and is also called ripple. When ripples occur, desired bandpass characteristics may not be obtained. The difference between the maximum signal value when the ripple occurs and the local transmittance decrease value is defined as the ripple strength. As an ideal bandpass characteristic, a rectangular shape indicated by a dotted line is required.
[0015]
As the characteristics of the bandpass filter currently used, the filter transmission width at −0.5 dB is 2 nm or less and the crosstalk transmission width at −25 dB is about 4 nm to 8 nm, but the filter transmission width is already 1 nm. The following bandpass filters are in practical use.
Furthermore, the required specifications for bandpass characteristics used in next-generation broadband optical wavelength division multiplexing (DWDM) communication include a filter transmission width of 0.1 nm, a crosstalk transmission width of 0.3 nm, an insertion loss of 1 dB or less, and a ripple strength. Is required to be 0.2 dB. For this reason, the design of the optimal band pass characteristic is calculated | required.
In addition, since the total number of optical multilayer films increases from several tens to several hundreds, the uniformity of film thickness and film quality is required to be higher than ever.
[0016]
Furthermore, optical multilayer filters are being used not only in trunk large-scale communication but also in Ethernet communication, which is the de facto standard in LAN (Local Area Network) communication. 10 Gbps-class communication such as 10 GBASE-X and 10 GBASE-W using optical fibers instead of the current twisted pair communication has been standardized as the IEEE 802.3 standard, and studies for widespread use are in progress. The multiplex communication method used in this case is called WWDM communication (also referred to as CWDM communication), and in a wavelength band near 1310 nm or 1550 nm, four data are transmitted with four wavelengths shifted by several tens of nm, It is read separately by four light receivers. Although the communication distance is about 300 m, it is the most expected method in the LAN world.
[0017]
An optical multilayer filter is also used for this WWDM communication. As the evaluation criteria, the filter characteristics shown in FIG. 26 are required such that the filter transmission width is 10 nm, the crosstalk width is 20 nm or less, the insertion loss is 1 dB or less, and the ripple strength is 0.5 dB. In the optical multilayer filter for WWDM communication, cost reduction is regarded as the biggest problem.
[0018]
As a thin film material used for the multilayer film, silicon (Si), amorphous silicon (a-Si), hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), silicon dioxide (SiO2) ₂ ), Tantalum pentoxide (Ta ₂ O _Five ), Alumina (Al ₂ O _Three ), Titanium dioxide (TiO ₂ ), Zirconium dioxide (ZrO) ₂ ), Hafnium dioxide (HfO) ₂ ), Lanthanum dioxide (LaO) ₂ ), Cerium dioxide (CeO) ₂ ), Antimony trioxide (Sb) ₂ O _Three ), Indium trioxide (In ₂ O _Three ), Magnesium oxide (MgO), sodium dioxide (ThO) ₂ ) And oxides of two or more, or silicon oxynitride (SiO _x N _x ), Or nitrides such as silicon nitride (SiN), aluminum nitride (AlN), zirconium nitride (ZrN), hafnium nitride (HfN), lanthanum nitride (LaN) and two or more nitrides, or fluorination Magnesium (MgF ₂ ), Cerium trifluoride (CeF) _Three ), Calcium difluoride (CaF) ₂ ), Lithium fluoride (LiF), trisodium aluminum hexafluoride (Na) _Three AlF ₆ ), Or two or more fluorinated compounds.
[0019]
In general, two kinds of substances having different appropriate refractive indexes are selected from these thin film materials, and an optical multilayer filter is formed on a transparent substrate using a thin film forming apparatus. In order to form such a multilayer film by stacking such materials, various forming apparatuses and forming methods have been tried. Sputtering (sputtering), in particular, is promising because there is no need to use high-risk gases or toxic gases, and the surface roughness (surface morphology) of the deposited film is relatively good. It is one of the devices and methods. Among them, as an excellent apparatus and method for obtaining a film having a stoichiometric composition in the sputtering method, a reaction gas such as oxygen gas or nitrogen gas is supplied to prevent the loss of oxygen or nitrogen in the film. A promising sputtering apparatus and method is promising.
[0020]
Among reactive sputtering devices and methods, a substrate is irradiated with a plasma flow created by using electron cyclotron resonance (ECR) and a divergent magnetic field, and a high frequency or DC voltage is applied between the turret and ground. An apparatus and method for depositing a film on a substrate (hereinafter referred to as an ECR sputtering method) has a good film quality by attracting and colliding ions in the plasma flow generated by the ECR with a turret to cause a sputtering phenomenon. Most promising as obtained.
The characteristics of the ECR sputtering method are, for example, Onoji, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 23, No. 8, L534, 1984 (Jpn. J. Appl. Phys. 23, no. 8, L534 (1984). ).)It is described in.
[0021]
In general, in the RF magnetron sputtering method, a stable plasma cannot be obtained unless the gas pressure is about 0.1 Pa or higher, whereas in the ECR sputtering method, the gas pressure in the molecular flow region of about 0.01 Pa or lower is obtained. And stable ECR plasma can be obtained.
In addition, since the ECR sputtering method performs sputtering by applying ions generated by ECR to a target at a high frequency or DC voltage, sputtering can be performed at a low pressure.
[0022]
In the ECR sputtering method, the substrate is irradiated with an ECR plasma flow and sputtered particles. The ions of the ECR plasma flow are controlled from 10 eV to several tens of eV energy by the divergent magnetic field. In addition, since the plasma is generated and transported at such a low pressure that the gas behaves as a molecular flow, the ion current density of ions reaching the substrate can be increased. Therefore, the ions in the ECR plasma flow give energy to the raw material particles sputtered and flying to the substrate, and promote the binding reaction between the raw material particles and oxygen or nitrogen, thereby improving the film quality.
[0023]
The ECR sputtering method is particularly characterized in that a high-quality film can be formed on a substrate at a low substrate temperature close to room temperature without external heating. Regarding high-quality thin film deposition by the ECR sputtering method, for example, Amazawa et al., Journal Off Vacuum Science and Technology, Vol. B17, No. 5, p. 2222, 1999 (J. Vac. Sci. Technol. B17, no. 5, 2222 (1999)).
[0024]
Further, the surface morphology of the film deposited by the ECR sputtering method is flat on the atomic scale order. Therefore, the ECR sputtering method is a promising apparatus and method for forming a multilayer film composed of ultrathin films on the order of nanometers.
[0025]
Furthermore, in the ECR sputtering method, the refractive index of the deposited film can be accurately controlled by controlling the partial pressure of the reactive gas. By utilizing this characteristic, it is possible to form a deposited film adjusted to an arbitrary refractive index, which is difficult with other sputtering methods, and form a multilayer film.
[0026]
FIG. 27 shows a configuration example of a typical optical multilayer filter. Optical film thickness n _d = Λ ₀ / 2 cavity layer (2L) 4 above and below the first optical medium layer 2 (optical film thickness n _d = Λ ₀ / 4; L layer) and the second optical medium layer 3 (optical film thickness n) having a higher refractive index than the first optical medium layer. _d = Λ ₀ / 4; H layer) and a multilayer film alternately stacked. The cavity layer 4 is a layer at a predetermined position in the laminated body in which the first optical medium layer 2 and the second optical medium layer 3 are alternately laminated, and the optical film thickness is λ. ₀ The first optical medium layer 2 or the second optical medium layer 3 is an integral multiple of / 2.
[0027]
In FIG. 27, 19 layers of the second optical medium layer 3 (H layer) and the first optical medium layer 2 (L layer) are repeatedly stacked on the substrate 1, and a 2L cavity layer 4 is formed thereon. Further, 19 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated thereon to form a multilayer film of 39 layers as a whole. Such a layer structure having one cavity layer 4 is often referred to as “single cavity” or “one cavity”.
Further, when the number of cavity layers 4 is increased to 2, 3, 4, and 5, “double cavity” or “2 cavities”, “triple cavity” or “3 cavities”, “4 cavities”, and “5 cavities”, respectively. "
[0028]
Referring to FIG. 27, silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48 is used as the first optical medium layer 2. ₂ ), Tantalum pentoxide (Ta) having a refractive index of 2.14 as the second optical medium layer 3 ₂ O _Five ) Will be described in detail. However, the design wavelength as a bandpass filter is λ ₀ = 1550 nm. As the substrate 1, a commonly used substrate such as BK-7 or crystallized glass was used. Optical film thickness d of the second optical medium layer 3 _H Is 119.23 nm, and the optical film thickness d of the first optical medium layer 2 is _L Is 181.07 nm, and the optical film thickness d of the cavity layer 4 is _C Is 2xd _L 362.15 nm.
In FIG. 27, the refractive index is schematically represented by the lateral width of the layer. That is, the wider width of the second optical medium layer 3 than that of the first optical medium layer 2 indicates that the refractive index of the second optical medium layer 3 is larger.
[0029]
FIG. 28 shows the transmission characteristics of the optical multilayer filter shown in FIG. FIG. 28 shows that an extremely steep and narrow bandpass characteristic can be obtained. Further, the filter transmission width is 0.1 nm or less, and there is obtained a shape with no insertion loss and no ripple. However, the shape of the bandpass spectrum is a sharp triangular shape, and the crosstalk width of −25 dB is 1 nm or more, which greatly exceeds the specification. That is, the transmission characteristic in FIG. 26 deviates from the rectangular shape (ideal band bus characteristic) indicated by the dotted line. Therefore, it can be seen that it is difficult to produce a filter for DWDM communication with a single cavity.
[0030]
Therefore, an attempt has been made to make the bandpass spectrum shape rectangular by increasing the number of cavities. FIG. 29 shows, as an example, silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48 as the first optical medium layer 2. ₂ ), Tantalum pentoxide (Ta) having a refractive index of 2.14 as the second optical medium layer 3 ₂ O _Five ) And the spectrum shape in the case of 2 cavities (double cavities) with 2 cavities. Design wavelength as a bandpass filter is λ ₀ = 1550 nm. 20 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are alternately laminated on the substrate 1, a 2 L cavity layer 4 is formed thereon, and a second optical medium layer is further formed thereon. 3 and 41 layers of the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated, and further a 2 L cavity layer 4 is formed thereon, and the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are further formed thereon. Repeat 20 layers. Therefore, it becomes a multilayer film of 83 layers as a whole.
[0031]
A multilayer structure having two or more cavities in which single cavities are arranged in series as described above is generally used, and is called a Fabry-Perot type. Referring to the bandpass spectrum shape of FIG. 28, the filter transmission width achieves about 0.1 nm and the insertion loss is about 0.2 dB, but the crosstalk width of −25 dB is compared to the single cavity, Although narrowed, it is 0.3 nm or more and is not a rectangular profile, so it does not meet the required specifications.
[0032]
Therefore, an attempt has been made to further increase the number of cavities and bring the shape of the bandpass spectrum closer to a rectangular profile. As an example, silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48 is used as the first optical medium layer 2. ₂ ), Tantalum pentoxide (Ta) having a refractive index of 2.14 as the second optical medium layer 3 ₂ O _Five ) And 3 cavities (triple cavities) with 3 cavities will be described.
23 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are alternately laminated on the substrate 1. A 2 L cavity layer 4 is formed thereon. On top of this, 47 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated. Further, a 2 L cavity layer 4 is formed thereon. Further, 47 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated thereon. Further, a 2 L cavity layer 4 is formed thereon. Further, 23 layers of the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated thereon. Therefore, a total of 143 multilayer films are formed. Design wavelength as a bandpass filter is λ ₀ = 1550 nm.
[0033]
FIG. 30 shows a bandpass spectrum shape of three cavities. The filter transmission width is 0.1 nm or less, the crosstalk width of −25 dB is about 0.15 nm, a substantially rectangular profile is obtained, and the insertion loss is also about 0 dB, which satisfies the required specifications for DWDM. I understand. However, a ripple of 0.5 dB or more appears and does not satisfy the required specifications.
[0034]
The phenomenon in which this ripple appears is also seen in four or more cavities. In FIG. 31, silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48 is used as the first optical medium layer 2. ₂ ), Tantalum pentoxide (Ta) having a refractive index of 2.14 as the second optical medium layer 3 ₂ O _Five ), The spectral shapes of 4 cavities with 4 cavities and 5 cavities with 5 cavities are shown. Design wavelength is λ ₀ = 1550 nm.
[0035]
In the four cavities, the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated on the substrate 1, and four 2L cavity layers 4 are arranged to form a 191 multilayer film as a whole. . Referring to the bandpass spectrum shape of FIG. 31, the filter transmission width is 0.1 nm or less, the crosstalk width of −25 dB is about 0.1 nm, and a substantially rectangular profile is obtained, and the insertion loss is also about 0 dB. It can be seen that the required specifications for DWDM are satisfied. However, a ripple as large as 1.5 dB appears and does not satisfy the required specifications.
[0036]
In the five cavities, the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are repeatedly laminated on the substrate 1, and five 2L cavity layers 4 are arranged to form a multilayer film of 239 layers as a whole. . Referring to the bandpass spectrum shape of FIG. 31, the filter transmission width is 0.1 nm or less, the crosstalk width of −25 dB is about 0.1 nm, and a substantially rectangular profile is obtained, and the insertion loss is also about 0 dB. It can be seen that the required specifications for DWDM are satisfied. However, a ripple as large as 2.5 dB appears and does not satisfy the required specifications.
[0037]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the phenomenon of ripples as seen in 2 cavities, 3 cavities, 4 cavities, and 5 cavities becomes more prominent in 6 or more cavities. As the number of cavities increases, the crosstalk width decreases, but the filter transmission width and ripple strength increase. The filter transmission width can be adjusted by the total number of layers, but the ripple strength cannot be adjusted.
[0038]
In addition, silicon dioxide (SiO ₂ ) And tantalum pentoxide (Ta ₂ O _Five In addition to this, for example, this phenomenon can be seen in a multilayer film of tantalum pentoxide and hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), or in combination with other multilayer films.
[0039]
Therefore, while realizing a narrow filter transmission width of about 0.1 nm, obtaining a narrow crosstalk width and a bandpass characteristic close to a rectangle, it is essential to realize a filter structure that exhibits a bandpass profile with reduced insertion loss and ripple. It has become.
[0040]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optical multilayer filter that can obtain bandpass characteristics that can be adapted to optical communication.
[0041]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an optical multilayer filter according to the present invention includes a first optical medium layer made of a first optical medium and a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium layer. A plurality of laminated bodies formed by alternately laminating the second optical medium layers to be a third optical medium having a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium. Connected via optical medium layer An optical multilayer filter, wherein the third optical medium layer connects the first optical medium layer and the second optical medium layer, the first optical medium layer, the second optical medium layer, and The third optical medium layer has a film thickness such that each of these optical film thicknesses is λ / 4 with respect to a design wavelength λ as a bandpass filter. It is characterized by that.
[0042]
Further, the third optical medium layer is formed of a third optical medium having a refractive index between the first optical medium and the first optical medium. Become It is characterized by that.
Further, the third optical medium layer is formed from the third optical medium having a refractive index smaller than that of the first optical medium. Become It is characterized by that.
Furthermore, the third optical medium layer is formed of a third optical medium having a refractive index larger than that of the second optical medium. Become It is characterized by that.
[0043]
further, Excluding the first optical medium layer and the second optical medium layer adjacent to the third optical medium layer connecting the stacked bodies Of the first optical medium layer and the second optical medium layer One At least one layer , The third optical medium layer is replaced.
[0044]
A plurality of first optical medium layers made of the first optical medium and a plurality of second optical medium layers made of a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium are alternately stacked. 1 is composed of a third optical medium layer made of a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium, and a first optical medium layer. The layers are connected via the second laminated body laminated so that the layer becomes the third optical medium layer. An optical multilayer filter, wherein the third optical medium layer at both ends of the second stacked body has the third optical medium layer at one end connected to the first optical medium layer of the first stacked body, The third optical medium layer at the end is connected to the second optical medium layer of the first stacked body, and the first optical medium layer, the second optical medium layer, and the third optical medium layer are Each of the optical film thicknesses has a film thickness of λ / 4 with respect to the design wavelength λ as a bandpass filter. It is characterized by that.
[0045]
Further, a third laminate in which at least one of the second laminates is composed of a third optical medium layer and a second optical medium layer, and the layers on both ends become the third optical medium layer. It is characterized by being replaced by the body.
[0046]
Further, the third optical medium includes a first optical medium and a second optical medium. Quality and With a refractive index between You It is characterized by that.
Furthermore, the third optical medium has a higher refractive index than the second optical medium. You It is characterized by that.
Furthermore, the third optical medium has a smaller refractive index than the first optical medium. You It is characterized by that.
[0048]
According to the present invention, it is possible to adjust the shape of the filter transmission characteristic and reduce the ripple.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.
[0050]
The optical multilayer filter according to the first embodiment will be described.
The optical multilayer filter according to the first embodiment includes a first optical medium layer 2 made of a first optical medium, and a second optical medium made of a second optical medium having a refractive index higher than that of the first optical medium. A third optical unit comprising a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium between multilayer structures formed by alternately laminating the optical medium layers 3. In this structure, one medium layer 5 is arranged. The conventional cavity structure corresponds to one cavity.
[0051]
The major feature of this optical multilayer filter is the design wavelength λ as a bandpass filter. ₀ For all layers λ ₀ That is, the film thickness is / 4. The cavity layer that is essential for the conventional cavity structure is λ ₀ Consists of an integral multiple of / 2. λ ₀ / 2 is λ ₀ It can also be said that two / 4 layers were continuously formed. However, the optical multilayer filter according to the first embodiment has such a λ ₀ It does not have a layer in which two or more of / 4 are continuously stacked, and is a completely different structure from the conventional cavity structure.
[0052]
Specifically, as shown in FIG. 1, for example, 20 layers of second optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated on a transparent substrate 1. The third optical medium layer 5 is formed thereon, and for example, the second optical medium layer 3 and the first optical medium layer 2 are alternately laminated, for example, 19 layers. Therefore, a total of 40 multilayer films are obtained.
[0053]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, magnesium fluoride (MgF) having a refractive index of 1.37 to 1.48, or silicon oxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48 to 3.5). _x ) Or silicon oxynitride (SiO 2) having a refractive index of 1.48 to 1.95 _x N _y ) And the like were used to adjust the refractive index from 1.37 to 3.5.
[0054]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 has a refractive index of 282.85 nm when the refractive index is 1.37, and 121.09 nm when the refractive index is 3.2.
[0055]
In FIG. 1, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are determined by the lateral width of each layer. , Schematically. That is, the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 because the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. is there. The width of the third optical medium layer 5 is the width between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3. Is a value between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3.
[0056]
FIG. 2 shows the designed transmission characteristics when the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5 of the optical multilayer filter shown in FIG. 1 is changed to 1.37, 1.8, and 3.2. Show. It can be seen that the insertion loss and the filter transmission width change greatly by changing the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5. When the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5 is 1.8, which is an intermediate value between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 In addition, the insertion loss is 0 dB.
[0057]
For comparison with the conventional optical multilayer filter, the refractive index of the cavity layer (2L) 4 in the optical multilayer filter having the conventional one-cavity structure shown in FIG. FIG. 3 shows the designed transmission characteristics when 2. As can be seen from FIG. 3, in the optical multilayer filter having the conventional cavity structure, when the refractive index of the cavity layer is changed, the filter transmission width and the like change, but the insertion loss does not change.
[0058]
4 shows the refractive index of the third optical medium layer (film) (C layer) 5 in the optical multilayer filter shown in FIG. 1, and the conventional optical multilayer filter having the one-cavity structure shown in FIG. The change in insertion loss when the refractive index of the cavity layer 4 is changed is also shown.
In the conventional cavity structure, it can be seen that the insertion loss does not change even if the refractive index of the cavity layer 4 is changed. In the optical multilayer film filter having a new structure having a structure in which the multilayer film structures are connected by the third optical medium layer (C layer) 5, the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5 is changed. The insertion loss changes, and the insertion loss can be reduced to 0 dB by appropriately selecting the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5. It can also be seen that the insertion loss is smaller than that of the optical multilayer filter having the cavity layer 4 in the range of the refractive index of the third optical medium from 1.5 to 2.2. Therefore, although the insertion loss cannot be adjusted with the conventional cavity structure, the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5 can be adjusted by using the new structure as shown in the first embodiment. Thus, the filter characteristics (particularly insertion loss) can be adjusted.
[0059]
In the first embodiment, the total number of layers is 40. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer are appropriately used. The same effect can be obtained when an optical multilayer filter is configured by changing the number of layers of (H layer) 3.
[0060]
Next, a manufacturing method will be described. An optical multilayer filter was manufactured using an ECR sputtering apparatus. FIG. 5 shows a schematic diagram of an electron cyclotron resonance (ECR) apparatus.
[0061]
A manufacturing method will be specifically described. First, after the inside of the container is evacuated, a sputtering gas and a reactive gas are introduced into the ECR plasma source to obtain an appropriate gas pressure. Next, after a magnetic field of 0.0875 T is generated in the ECR plasma source by the magnetic coil 9, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is introduced into the ECR plasma source through the waveguide and the quartz window 11, and the ECR region 8 is introduced. An electron cyclotron resonance (ECR) plasma is generated.
The ECR plasma creates a plasma flow in the direction of the substrate 1 by a divergent magnetic field. The ECR plasma source shown in the first embodiment is one in which the introduced microwave power is once branched and recombined immediately before the plasma source, thereby preventing scattered particles from the target 7 from adhering to the quartz introduction window. The running time can be greatly improved. A ring-shaped circular target 7 is disposed between the ECR plasma source and the substrate 1, and sputtering is performed by applying a high frequency voltage to the target 7, thereby forming a thin film on the substrate 1 attached to the substrate holder 6.
[0062]
Further, by installing a plurality of ECR plasma sources and a plurality of targets 7 and performing sputtering by switching, a plurality of deposited films having different refractive indexes can be formed on the substrate 1 as a multilayer film. For example, in Embodiment 1, a silicon target and a tantalum target are installed in two ECR plasma sources, respectively, and silicon dioxide (SiO 2) is used as the first optical medium layer (L layer) 2. ₂ ) As the second optical medium layer (H layer) 3 tantalum pentoxide (Ta ₂ O _Five ) As the third optical medium layer (C layer) 5, silicon oxide (SiO 2). _x ) Or silicon oxynitride (SiO _x N _y ) Can be formed to form the optical multilayer filter of the present invention.
[0063]
In the ECR sputtering apparatus, silicon and pure aluminum are used for the target 7, oxygen gas and nitrogen gas are used as the reactive gas, and argon is used as the inert gas, and the silicon oxide thin film, the silicon oxynitride thin film, and the alumina thin film are formed. Film formation was performed.
Argon is introduced into the ECR plasma source so that plasma can be stably obtained regardless of the amount of the reactive gas supplied.
[0064]
FIG. 6 shows the oxygen flow rate dependence of the refractive indexes of the silicon oxide film, silicon oxynitride, and alumina film formed on the substrate 1 as described above.
The argon gas flow rate was 20 sccm, the oxygen gas flow rate was varied between 0 and 8 sccm, the microwave power introduced into the ECR ion source was 500 W, and the high-frequency power applied to the target was 500 W. However, for silicon oxynitride, the total flow rate of oxygen and nitrogen is adjusted to 10 sccm.
Further, the substrate 1 is not heated. The refractive index was measured using an ellipsometer using a 638 nm laser.
[0065]
According to FIG. 6, the refractive indexes of the silicon oxide film, the silicon oxynitride film, and the alumina film decrease as the oxygen flow rate increases, and the refractive index of the silicon dioxide or sapphire substrate that satisfies the stoichiometric composition. I understand that That is, it is shown that the refractive index can be controlled while maintaining good film quality with the reactive gas.
Specifically, in the range of 1.47 to 3.8 for the silicon oxide film, in the range of 1.47 to 2.0 for the silicon oxynitride film, and from 1.61 for the alumina film. The refractive index can be controlled within the range of 4.3.
[0066]
Furthermore, not only a silicon dioxide film including a silicon dioxide film and an alumina film, but also tantalum pentoxide, titanium dioxide, zirconium dioxide, hafnium dioxide, lanthanum dioxide, selenium dioxide, cerium dioxide, antimony trioxide, three-components that can be formed by ECR sputtering. Oxides such as indium oxide, magnesium oxide, and sodium dioxide, silicon nitride, aluminum nitride, zirconium nitride, hafnium nitride, lanthanum nitride, and other oxynitrides such as silicon oxynitride, fluorinated magnesium, fluorine Fluorides such as selenium fluoride, cerium trifluoride, calcium difluoride, lithium fluoride, trisodium aluminum hexafluoride, amorphous silicon into which hydrogen was introduced during deposition, or binary alloy oxides, For nitrides of original alloys And it is the refractive index control by the flow rate (partial pressure) of reactive gases.
[0067]
An optical multilayer filter according to the second embodiment will be described.
The optical multilayer filter according to the second embodiment includes a first optical medium layer 2 made of a first optical medium, and a second optical medium made of a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium. A third optical unit composed of a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium between multilayer structures formed by alternately laminating optical medium layers 3. In this structure, three medium layers 5 are arranged. The conventional cavity structure corresponds to 3 cavities.
[0068]
The major feature of this optical multilayer filter is the design wavelength λ as a bandpass filter. ₀ For all layers λ ₀ That is, the film thickness is / 4.
[0069]
Specifically, as shown in FIG. 7, for example, 22 layers of second optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated on a transparent substrate 1. The third optical medium layer 5 is formed thereon, and the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated thereon, for example, 44 layers. Has been. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and for example, 44 layers of second optical medium layer (H layer) 3 and first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated thereon. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, on which, for example, 22 layers of second optical medium layer (H layer) 3 and first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated. Yes. Therefore, it is a multilayer film of 135 layers as a whole.
[0070]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, monofluorinated magnesium (MgF) having a refractive index of 1.37 was used.
[0071]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 282.85 nm.
[0072]
In FIG. 7, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are represented by the lateral widths of the respective layers. Schematic representation. That is, the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 because the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. is there. The lateral width of the third optical medium layer 5 is narrower than that of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 because the refractive index of the third optical medium layer 5 is This is because it is smaller than the first optical medium layer (L layer) 2.
[0073]
FIG. 8 shows the designed transmission characteristics when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged in the optical multilayer filter shown in FIG. For comparison, the design transmission characteristics of an optical multilayer filter having a conventional three-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer 4 is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is about 0.2 dB. On the other hand, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged, the ripple is improved, and 0. It turns out that it becomes 1 dB or less.
[0074]
In the second embodiment, the total number of layers is 135. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, the same applies when an optical multilayer filter is configured by changing the number of layers as appropriate. An effect is obtained.
[0075]
Further, as shown in FIG. 9, the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged not in the third optical medium layer (C layer) 5 single layer but in the third optical medium layer like CLC. The first optical medium layer and the third optical medium layer can be sequentially stacked and arranged as a plurality of layers (referred to as composite layers).
For example, the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated on the transparent substrate 1, for example, 22 layers, and the third optical medium layer (H layer) 3 is laminated thereon. The optical medium layer 5 is formed, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, the third optical medium layer 5 is formed thereon, and the second optical medium layer is formed thereon. For example, 44 layers of (H layer) 3 and first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. Two optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated, for example, 44 layers. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. For example, 22 optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated. Therefore, it is a multilayer film of 141 layers as a whole.
[0076]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, fluorinated magnesium (MgF) having a refractive index of 1.37 was used.
[0077]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 282.85 nm.
[0078]
Also in FIG. 9, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are expressed as follows. It is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The width of the third optical medium layer 5 is narrower than that of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 of the first optical medium layer (L layer). This is because the refractive index is smaller than that of the first optical medium layer (L layer) 2.
[0079]
FIG. 10 shows design transmission characteristics when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged as a composite layer in the optical multilayer filter shown in FIG. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional three-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is about 0.2 dB. However, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged as a composite layer, the ripple is greatly improved. It can be seen that it is almost 0 dB.
[0080]
In the second embodiment, the total number of layers is 141. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, an optical multilayer filter can be configured by appropriately changing the number of layers. Similar effects can be obtained.
[0081]
Further, in the optical multilayer filter shown in FIG. 9, the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged not in the third optical medium layer (C layer) 5 single layer but in the third optical medium layer. Although the (C layer) 5, the first optical medium layer (L layer) 2, and the third optical medium layer (C layer) 5 are sequentially laminated, an example in which the layers are arranged as a composite layer like CLC is shown. A stacked body in which a third optical medium layer (C layer) 5, a second optical medium layer (H layer) 3, and a third optical medium layer (C layer) 5 are sequentially stacked like CHC, As in CLCLC, a third optical medium layer (C layer) 5, a first optical medium layer (L layer) 2, a third optical medium layer (C layer) 3, and a first optical medium layer ( L layer) 2 and a third optical medium layer (C layer) 5 are sequentially laminated, a third optical medium layer (C layer) 5 and a second optical medium layer (H Layer) 3 and the third light Even in the case where a composite layer such as a laminate in which the medium layer (C layer) 5, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer (C layer) 5 are sequentially laminated is disposed. Similar effects can be obtained.
The same effect can be obtained by replacing at least one of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers with CHC. For example, one composite layer may be replaced with the CHC composite layer among the arrangement positions of the three third optical medium layers (C layer) 5 replaced with the CLC composite layer.
Further, the same effect can be obtained by replacing at least one composite layer with CHCHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with the CLCLC composite layers. For example, one composite layer may be replaced with the CHCHC composite layer among the arrangement positions of the three third optical medium layers (C layer) 5 replaced with the CLCLC composite layer.
[0082]
Further, as in the optical multilayer filter shown in FIGS. 7 and 9, the third optical medium layer (C layer) 5 single layer or the third optical medium layer (C layer) 5 is disposed at the position of the conventional cavity structure. Instead of a structure in which a composite layer including the above is disposed, a multilayer film is formed between the cavity layer and the cavity layer in the conventional cavity structure, between the cavity layer and the air layer, and between the cavity layer and the substrate 1 The same effect can be obtained in the structure in which the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are replaced with the third optical medium layer (C layer) 5.
[0083]
For example, when the third optical medium layer 5 is formed of a third optical medium having a refractive index between the first optical medium and the second optical medium, for example, FIG. As shown in FIG. 9, on the transparent substrate 1, for example, nine layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the third optical medium layer (H layer) 2 The optical medium layer 5 is formed, on which, for example, 12 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated. An optical medium layer 5 is formed. On that layer, for example, 30 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated. The third optical medium layer 5 is formed thereon, and the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated, for example, 13 layers thereon, A third optical medium layer 5 is formed thereon. The second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, for example, 29 layers thereon, and the third optical medium layer 5 is formed thereon, On that layer, for example, 14 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the third optical medium layer 5 is formed thereon. Yes. On that layer, for example, 10 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the third optical medium layer 5 is formed thereon, On that layer, for example, 10 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Therefore, it is a multilayer film of 134 layers as a whole.
[0084]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon oxide (SiO 2 having a refractive index of 1.80 is used. _x ) Or silicon oxynitride (SiO _x N _y ) Was used.
[0085]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 215.28 nm.
[0086]
Also in FIG. 11, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are shown. This is schematically represented by the width of the layer. That is, the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 because the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. is there. The width of the third optical medium layer 5 is the width between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 of the third optical medium layer 5. It shows that the refractive index is a value between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3.
[0087]
FIG. 12 shows the design transmission characteristics when the optical multilayer filter shown in FIG. 11 is arranged as a composite layer of the third optical medium layer (C layer) 5. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional three-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is about 0.6 dB. On the other hand, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged, the ripple is greatly improved. It can be seen that it is 2 dB.
[0088]
In the second embodiment, the total number of layers is 134. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, even when an optical multilayer filter is configured by appropriately changing the number of layers. Similar effects can be obtained.
[0089]
Further, in the manufacturing method, similarly to the first embodiment, the ECR sputtering apparatus is used to install the silicon target and the tantalum target in the three ECR plasma sources, respectively, and the first optical medium layer (L layer). It is possible to form by forming silicon dioxide as 2, tantalum pentoxide as the second optical medium layer (H layer) 3, and depositing, for example, magnesium fluoride as the third optical medium layer 5. .
[0090]
Also in the second embodiment, as shown in FIG. 4, it is possible to adjust the filter characteristics by the refractive index. In the ECR sputtering apparatus, the optimum filter characteristics can be obtained by selecting the optimum refractive index by selecting the target material and the flow rate (amount) of the reactive gas and controlling the refractive index.
In the second embodiment, the case where the third optical medium is smaller between the first optical medium and the second optical medium and smaller than the first optical medium is described as an example. The same effect is obtained even when the size is larger than the medium.
[0091]
An optical multilayer filter according to the third embodiment will be described.
The optical multilayer filter according to the third embodiment includes a first optical medium layer made of a first optical medium and a second optical medium made of a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium. A third optical medium layer composed of a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium is provided between multilayer structures formed by alternately laminating medium layers. It has a structure in which four layers are arranged. The conventional cavity structure corresponds to 4 cavities.
[0092]
The major feature of this optical multilayer filter is the design wavelength λ as a bandpass filter. ₀ For all layers λ ₀ That is, the film thickness is / 4.
[0093]
As shown in FIG. 13, for example, the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated on the transparent substrate 1, for example, 21 layers. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and for example, 42 layers of first optical medium layer (L layer) and second optical medium layer (H layer) are alternately laminated thereon, for example. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 44 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 42 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 19 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. Therefore, it is a multilayer film of 172 layers as a whole.
[0094]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon hydride (H: Si) having a refractive index of 3.2 was used.
[0095]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 121.09 nm.
[0096]
Also in FIG. 13, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are expressed as follows. It is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The lateral width of the third optical medium layer 5 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 because the refractive index of the third optical medium layer 5 is This is because it is larger than the second optical medium layer (H layer) 3.
[0097]
FIG. 14 shows the designed transmission characteristics when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged in the optical multilayer filter shown in FIG. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional four-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is 1 dB or more. On the other hand, the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5 greatly improves the ripple. It turns out that it becomes 1 dB or less.
[0098]
In the third embodiment, the total number of layers is 172. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, the same applies when an optical multilayer filter is configured by changing the number of layers as appropriate. An effect is obtained.
[0099]
Further, as shown in FIG. 15, the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged not in the third optical medium layer (C layer) 5 single layer but in the third optical medium layer (C layer) 5. It is also possible to sequentially stack the first optical medium layer (L layer) 2 and arrange them as a plurality of layers (referred to as composite layers) as in CLCLCLC.
A specific structure is that, for example, 19 layers of second optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated on a transparent substrate 1, and third layers are formed thereon. The optical medium layer 5 is formed, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, the third optical medium layer 5 is formed thereon, and the first optical medium layer is formed thereon. (L layer) 2 is formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 1 is formed thereon, and a third optical medium layer is formed thereon. 5, for example, 38 layers of first optical medium layer (L layer) 1 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. The first optical medium layer (L layer) 2 is formed, the third optical medium layer 5 is formed thereon, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, and the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon. 3 optical medium layers 5 are formed, and for example, 40 layers of first optical medium layers (L layers) 2 and second optical medium layers (H layers) 3 are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. The first optical medium layer (L layer) 2 is formed, the third optical medium layer 5 is formed thereon, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, and the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon. 3 optical medium layers 5 are formed, and for example, 38 layers of first optical medium layers (L layers) and second optical medium layers (H layers) are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. The first optical medium layer (L layer) 2 is formed, the third optical medium layer 5 is formed thereon, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, and the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon. 3 optical medium layers 5 are formed, and for example, 17 layers of first optical medium layers (L layers) and second optical medium layers (H layers) are alternately laminated. Therefore, it is a multilayer film of 180 layers as a whole.
[0100]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon oxide (SiO 2 having a refractive index of 1.80 is used. _x ) Or silicon oxynitride (SiO _x N _y ) Was used.
[0101]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 215.28 nm.
[0102]
Also in FIG. 15, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are shown. This is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The width of the third optical medium layer 5 is the width between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 of the third optical medium layer 5. It shows that the refractive index is a value between the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3.
[0103]
FIG. 16 shows the design transmission characteristics when the optical multilayer filter shown in FIG. 15 is arranged as a composite layer of the third optical medium layer (C layer) 5. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional four-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is 1 dB or more. However, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged, the ripple is greatly improved and 0.1 dB or less. It turns out that it becomes.
[0104]
In the third embodiment, the total number of layers is 180. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, even when an optical multilayer film filter is configured by appropriately changing the number of layers. Similar effects can be obtained.
[0105]
In the optical multilayer filter shown in FIG. 15, the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5 is not a single layer of the third optical medium layer (C layer) 5 but a composite layer such as CLCLCLC. The third optical medium layer (C layer) 5, the first optical medium layer (L layer) 2, and the second optical medium layer (H layer) 3 are used for the CLC, The same effect can be obtained even when it is arranged as a composite layer such as CHC, CLCLC, and CHCHC.
The same effect can be obtained by replacing at least one composite layer with CHCHCHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with the CLCLCLC composite layer. For example, one composite layer may be replaced with CHCHCHC among the arrangement positions of the third third optical medium layer (C layer) 5 replaced with the composite layer of CLCLCLC.
[0106]
Further, the same effect can be obtained even when at least one composite layer is replaced with CHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers. For example, one composite layer may be replaced with CHC among the arrangement positions of the third and third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers.
Further, the same effect can be obtained by replacing at least one composite layer with CHCHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with the CLCLC composite layers. For example, one composite layer may be replaced with CHCHC among the arrangement positions of the third and third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLCLC composite layers.
[0107]
Further, in the manufacturing method, similarly to the first embodiment, an ECR sputtering apparatus is used, and a silicon target and a tantalum target are installed in two ECR plasma sources, respectively, and a first optical medium layer (L layer) is provided. 2 is formed by depositing silicon dioxide, the second optical medium layer (H layer) 3 is tantalum pentoxide, and the third optical medium layer 5 is formed by depositing, for example, silicon oxide or silicon oxynitride. it can.
[0108]
In other embodiments, as shown in FIG. 4, the filter characteristics can be adjusted by the refractive index. In the ECR sputtering apparatus, the optimum filter characteristics can be obtained by selecting the optimum refractive index by controlling the refractive index by selecting the target material and the flow rate (amount) of the reactive gas.
[0109]
An optical multilayer filter according to the fourth embodiment will be described.
The optical multilayer filter according to the fourth embodiment includes a first optical medium layer made of the first optical medium, and a second optical medium made of the second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium. In this structure, five third optical medium layers made of a third optical medium are arranged between multilayer structures formed by alternately laminating medium layers. The conventional cavity structure corresponds to 5 cavities.
[0110]
The major feature of this optical multilayer filter is the design wavelength λ as a bandpass filter. ₀ For all layers λ ₀ That is, the film thickness is / 4.
[0111]
As shown in FIG. 17, for example, the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated on the transparent substrate 1, for example, 21 layers. The third optical medium layer 5 is formed thereon, and the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated thereon, for example, 42 layers. Has been. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 44 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 44 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 42 layers of first optical medium layer (L layer) 2 and second optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. A third optical medium layer 5 is formed thereon, and, for example, 19 layers of the first optical medium layer (L layer) 2 and the third optical medium layer (H layer) 3 are alternately laminated. Yes. Therefore, it is a multilayer film of 217 layers as a whole.
[0112]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon oxide (SiO 2) having a refractive index of 3.0. _x ) Was used.
[0113]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 129.17 nm.
[0114]
Also in FIG. 17, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are shown. This is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The lateral width of the third optical medium layer 5 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 because the refractive index of the third optical medium layer 5 is This is because it is larger than the second optical medium layer (H layer).
[0115]
FIG. 18 shows the design transmission characteristics when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged in the optical multilayer filter shown in FIG. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional 5-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is 1 dB or more. However, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged, the ripple is greatly improved and 0.2 dB or less. It turns out that it becomes.
[0116]
In the fourth embodiment, the total number of layers is 217, but the same applies to the case where an optical multilayer filter is configured by appropriately changing the number of layers in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width. An effect is obtained.
[0117]
Further, as shown in FIG. 19, the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5 is not the single third layer of the third optical medium layer (C layer) 5 but the third optical medium layer (C layer) 5. It is also possible to stack the second optical medium layer (H layer) 3 and arrange it as a composite layer like CHCHC.
Specifically, for example, 21 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated on the transparent substrate 1, and the third optical medium layer (L layer) 2 is laminated thereon. The optical medium layer 5 is formed, the second optical medium layer (H layer) 3 is formed thereon, the third optical medium layer 5 is formed thereon, and the second optical medium layer is formed thereon. (H layer) 3 is formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a first optical medium layer (L layer) 2 and a second optical medium layer (H layer) 3 are formed thereon. For example, 42 layers are stacked alternately. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a second optical medium layer (H layer) 3 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. 2 optical medium layers (H layers) 3 are formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a first optical medium layer (L layer) and a second optical medium layer (H layer) are formed thereon. For example, 44 layers are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a second optical medium layer (H layer) 3 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. 2 optical medium layers (H layers) 3 are formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a first optical medium layer (L layer) 2 and a second optical medium layer ( For example, 44 layers of H layers 3 are alternately stacked. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a second optical medium layer (H layer) 3 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. 2 optical medium layers (H layers) 3 are formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a first optical medium layer (L layer) 2 and a second optical medium layer ( For example, 42 layers of H layers 3 are alternately stacked. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a second optical medium layer (H layer) 3 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. 2 optical medium layers (H layers) 3 are formed, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a first optical medium layer (L layer) 2 and a second optical medium layer ( For example, 19 layers of H layers 3 are alternately stacked. Therefore, it is a multilayer film of 237 layers as a whole.
[0118]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon oxide (SiO 2 having a refractive index of 2.4) is used. _x ) Was used.
[0119]
Each optical film thickness is the design wavelength (hereinafter referred to as the design wavelength) as a bandpass filter. ₀ In the case of = 1550 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 261.82 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 119.23 nm. The third optical medium layer 5 is 161.46 nm.
[0120]
Also in FIG. 19, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer), the second optical medium layer (H layer) 3 and the third optical medium layer 5 are expressed as follows. It is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The lateral width of the third optical medium layer 5 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3 because the refractive index of the third optical medium layer 5 is the first. This is because it is larger than the second optical medium layer (H layer).
[0121]
FIG. 20 shows the design transmission characteristics when the optical multilayer filter shown in FIG. 19 is arranged as a composite layer of the third optical medium layer (C layer) 5. For comparison, the design transmission characteristics of a conventional 5-cavity configuration are also shown. However, the refractive index of the cavity layer is 1.48. In the conventional cavity structure, the filter transmission width is about 0.1 nm and the ripple is 1 dB or more. However, when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged, the ripple is greatly improved and 0.2 dB or less. It turns out that it becomes.
[0122]
In the fourth embodiment, the total number of layers is 237. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, an optical multilayer filter can be configured by appropriately changing the number of layers. Similar effects can be obtained.
[0123]
In addition, in the optical multilayer filter shown in FIG. 19, the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5 is not combined with the third optical medium layer (C layer) 5 alone, but is combined like CLCLC. Although an example of the arrangement is shown, the third optical medium layer (C layer), the first optical medium layer (L layer), and the second optical medium layer (H layer) are used to perform CLC, CHC, CHCHC, The same effect can be obtained in a complex arrangement such as CLCLCLC.
[0124]
Further, the same effect can be obtained by replacing at least one composite layer with CHCHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with the CLCLC composite layer. For example, one composite layer may be replaced with CHCHC among the arrangement positions of the third and third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLCLC composite layers.
Further, the same effect can be obtained even when at least one composite layer is replaced with CHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers. For example, one composite layer may be replaced with CHC among the arrangement positions of the third and third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers.
[0125]
Further, in the manufacturing method, similarly to the first embodiment, an ECR sputtering apparatus is used, and a silicon target and a tantalum target are installed in two ECR plasma sources, respectively, and a first optical medium layer (L layer) is provided. 2 is formed by depositing silicon dioxide, the second optical medium layer (H layer) 3 is tantalum pentoxide, and the third optical medium layer 5 is formed by depositing, for example, silicon oxide or silicon trinitride.
it can.
[0126]
FIG. 21 shows the insertion loss and ripple strength when the refractive index of the optical medium layer of the third optical medium layer (C layer) 5 in FIG. 19 and the refractive index of the cavity layer in the conventional five-cavity structure are changed. Shows changes.
It can be seen that in the conventional cavity structure, the insertion loss and the ripple strength do not change even if the refractive index of the cavity layer is changed. In the new structure in which the multilayer structure is connected by the third optical medium layer (C layer) 5, the insertion loss varies depending on the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5. By selecting the refractive index of the optical medium layer (C layer) 5, the insertion loss and the ripple strength can be lowered to about 0 dB. This indicates that the insertion loss cannot be adjusted with the conventional cavity structure.
However, the filter characteristics can be adjusted by adjusting the refractive index of the third optical medium layer (C layer) 5 by adopting a new structure as shown in the fourth embodiment.
[0127]
An optical multilayer filter according to the fifth embodiment will be described.
The optical multilayer filter according to the fifth embodiment is an application of the present invention to WWDM communication.
The optical multilayer filter according to the fifth embodiment includes a first optical medium layer (L layer) 2 made of the first optical medium, and a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium. A third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium, between the multilayer structure formed by the second optical medium layer (H layer) 3 In the basic structure in which four optical medium layers 5 are arranged, instead of the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5, a third optical medium layer (C layer) 3 and a first optical medium layer ( In this structure, a CLC composite layer in which an L layer 2 and a third optical medium layer (C layer) 3 are sequentially stacked is disposed.
The major feature of this optical multilayer filter is the design wavelength λ as a bandpass filter. ₀ For all layers λ ₀ That is, the film thickness is / 4.
[0128]
As shown in FIG. 22, the specific structure is such that, for example, nine layers of second optical medium layers (H layers) 3 and first optical medium layers (L layers) 2 are alternately laminated on a transparent substrate 1. The third optical medium layer 5 is formed thereon, the first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, the third optical medium layer 5 is formed thereon, and the third optical medium layer 5 is formed thereon. In addition, for example, 18 layers of first optical medium layers (L layers) and second optical medium layers (H layers) 3 are alternately laminated. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. For example, 20 optical medium layers (L layers) and second optical medium layers (H layers) 3 are alternately stacked. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. For example, 18 optical medium layers (L layers) 2 and second optical medium layers (H layers) 3 are alternately stacked, for example. A third optical medium layer 5 is formed thereon, a first optical medium layer (L layer) 2 is formed thereon, a third optical medium layer 5 is formed thereon, and a third optical medium layer 5 is formed thereon. For example, seven optical medium layers (L layers) and second optical medium layers (H layers) 3 are alternately laminated. Therefore, the multilayer film has 84 layers as a whole.
[0129]
The substrate 1 is a transparent substrate having a refractive index of 1.47, and the first optical medium layer (L layer) 2 is silicon dioxide (SiO 2 having a refractive index of 1.48). ₂ ), 2.14 tantalum pentoxide (Ta) as the second optical medium layer (H layer) 3 ₂ O _Five ) Is used. As the third optical medium layer 5, silicon oxide (SiO 2 having a refractive index of 2.2 is used. _x ) Was used.
[0130]
Also in FIG. 22, as in the first embodiment, the refractive indexes of the first optical medium layer (L layer) 2, the second optical medium layer (H layer) 3, and the third optical medium layer 5 are shown. This is schematically represented by the width of the layer. That is, the reason why the width of the second optical medium layer (H layer) 3 is wider than that of the first optical medium layer (L layer) 2 is that the refractive index of the second optical medium layer (H layer) 3 is large. . The width of the third optical medium layer 5 is wider than the width of the first optical medium layer (L layer) 2 and the second optical medium layer (H layer) 3. This is because the refractive index is larger than the second optical medium layer (H layer) 3.
[0131]
Each optical film thickness has a design wavelength of λ ₀ In the case of = 1540 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 179.91 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 118.46 nm. The third optical medium layer 5 is 175 nm.
Design wavelength is λ ₀ In the case of = 1560 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 182.24 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 120.00 nm. The third optical medium layer 5 is 177.27 nm.
Design wavelength is λ ₀ In the case of = 1580 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 184.58 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 121.54 nm. The third optical medium layer 5 is 179.55 nm.
Design wavelength is λ ₀ In the case of = 1600 nm, the first optical medium layer (L layer) 2 is 186.92 nm, and the second optical medium layer (H layer) 3 is 123.08 nm. The third optical medium layer 5 is 181.82 nm.
[0132]
FIG. 23 shows the design wavelength λ ₀ = 1540 nm, 1560 nm, 1580 nm, and 1600 nm, and the design transmission characteristics when the third optical medium layer (C layer) 5 is arranged in the optical multilayer filter are shown. All design wavelengths λ ₀ In FIG. 1, a rectangular signal having a ripple intensity of about 0.1 dB, a filter transmission width of 10 nm, and a crosstalk width of 20 nm is obtained. A filter characteristic applied to WWDM communication can be obtained by appropriately selecting a design wavelength.
[0133]
In the fifth embodiment, the total number of layers is 84. However, in order to obtain a desired filter transmission width and crosstalk width, the same applies when an optical multilayer filter is configured by changing the number of layers as appropriate. An effect is obtained.
[0134]
In the optical multilayer filter shown in FIG. 22, the arrangement of the third optical medium layer (C layer) 5 is not combined with the third optical medium layer (C layer) 5 but arranged in a complex manner like a CLC. However, the third optical medium layer (C layer), the first optical medium layer (L layer), and the second optical medium layer (H layer) can be used to create a CHC, CLCLC, CHHCC, etc. The same effect can be obtained in a combined arrangement.
[0135]
The same effect can be obtained by replacing at least one of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers with CHC. For example, one composite layer may be replaced with CHC among the arrangement positions of the three third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLC composite layers.
Further, the same effect can be obtained by replacing at least one composite layer with CHCHC among the arrangement positions of the plurality of third optical medium layers (C layers) 5 replaced with the CLCLC composite layers. For example, one composite layer may be replaced with CHCHC among the arrangement positions of the third and third optical medium layers (C layers) 5 replaced with CLCLC composite layers.
[0136]
Further, in the manufacturing method, similarly to the first embodiment, an ECR sputtering apparatus is used, and a silicon target and a tantalum target are installed in two ECR plasma sources, respectively, and a first optical medium layer (L layer) is provided. It can be formed by depositing silicon dioxide as 2, tantalum pentoxide as the second optical medium layer (H layer) 3, and silicon oxide as the third optical medium layer 5, for example. The refractive index can be controlled by the flow rate (amount) of the reactive gas, and optimum filter characteristics can be obtained.
[0137]
In order to explain the effect of the present invention, it is compared with the existing 100 GHz band (filter transmission width is 0.8 nm).
In the conventional optical multilayer filter, in order to narrow the filter transmission width, the cavity layer is made an even multiple of the first optical medium layer (L layer) 2 and an even multiple of the second optical medium layer (H layer) 3. It is common to use.
[0138]
For example, in the conventional optical multilayer filter, as shown in FIG. 32, the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately arranged on the transparent substrate 1. For example, 15 layers are stacked, and the cavity layer 4d is formed thereon. On that layer, for example, 33 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the cavity layer 4c is formed thereon. On that layer, for example, 35 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the cavity layer 4b is formed thereon. On that layer, for example, 33 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated, and the cavity layer 4a is formed thereon. On that layer, for example, 18 layers of the second optical medium layer (H layer) 3 and the first optical medium layer (L layer) 2 are alternately laminated. Therefore, although it has a four-cavity structure which is a multilayer film of 138 layers as a whole, the cavity layer (8L) 4a, 4b, 4d or four cavity layers formed with eight first optical medium layers (L layers) are formed. When a cavity layer such as (4L) 4c is converted to a λ / 4 layer, it corresponds to 161 layers.
[0139]
On the other hand, in the present invention, with reference to the structure shown in the third embodiment, if the refractive index of the third optical medium layer 5 is set to 3.2, all λ / 4 layers are used to form 140 layers. Can be configured. That is, the number of layers can be reduced by 13% compared to the conventional optical multilayer filter. This effect is further increased when a thinner filter of 100 GHz band or lower is constructed.
[0140]
【The invention's effect】
According to the optical multilayer filter of the present invention, it is possible to obtain a bandpass filter having a bandpass characteristic that can be adapted to optical communication by adjusting the shape of the filter characteristic and reducing the ripple. Furthermore, since the same filter characteristics can be obtained with a smaller total number than the conventional cavity structure, it is economically effective.
[Brief description of the drawings]
1 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a first embodiment;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing filter characteristics of the optical multilayer filter according to the first embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing filter characteristics of an optical multilayer filter.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in input loss with respect to the refractive index of the third optical medium layer or the refractive index of the cavity layer of the optical multilayer filter according to the first embodiment;
FIG. 5 is a schematic diagram of an electron cyclotron resonance (ECR) apparatus.
FIG. 6 is a diagram showing characteristics of a film manufactured using electron cyclotron resonance (ECR).
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the optical multilayer filter according to the second embodiment.
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the second embodiment.
FIG. 9 is a sectional view showing the structure of the optical multilayer filter according to the second embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the second embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a second embodiment.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing filter characteristics of the optical multilayer filter according to the second embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a third embodiment.
FIG. 14 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the third embodiment.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a third embodiment.
FIG. 16 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the third embodiment.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a fourth embodiment.
FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the fourth embodiment.
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a fourth embodiment.
FIG. 20 is an explanatory diagram illustrating filter characteristics of the optical multilayer filter according to the fourth embodiment.
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a change in input loss with respect to the refractive index of the third optical medium layer or the refractive index of the cavity layer of the optical multilayer filter according to the fourth embodiment;
FIG. 22 is a cross-sectional view showing a structure of an optical multilayer filter according to a fifth embodiment.
FIG. 23 is an explanatory diagram showing filter characteristics of an optical multilayer filter when applied to WWDM.
FIG. 24 is an explanatory diagram for explaining the principle of an optical multilayer filter.
FIG. 25 is an explanatory diagram for explaining an optical multilayer filter.
FIG. 26 is an explanatory diagram showing performance in the characteristics of the optical multilayer filter.
FIG. 27 is a view for explaining the structure of an optical multilayer filter.
FIG. 28 is an explanatory diagram showing transmittance characteristics of a conventional one-cavity multilayer filter.
FIG. 29 is an explanatory diagram showing transmittance characteristics of a conventional double cavity multilayer filter.
FIG. 30 is an explanatory diagram showing transmittance characteristics of a conventional triple cavity multilayer filter.
FIG. 31 is an explanatory diagram showing transmittance characteristics of a conventional 4-cavity and 5-cavity multilayer filter.
FIG. 32 is a view for explaining the structure of a conventional multilayer filter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... 1st optical medium layer, 3 ... 2nd optical medium layer, 4 ... Cavity layer, 4a ... 1st cavity layer, 4b ... 2nd cavity layer, 4c ... 3rd cavity layer 4 ... 4th cavity layer, 5 ... 3rd optical medium layer, 6 ... Substrate holder, 7 ... Target, 8 ... ECR region, 9 ... Magnetic coil, 10 ... High frequency power, 11 ... Quartz window, 12 ... Optical Medium layer, 13 ... first optical medium layer, 14 ... second optical medium layer, 15 ... k-2th optical medium layer, 16 ... k-1th optical medium layer, 17 ... kth optical medium layer.

Claims (10)

A plurality of first optical medium layers made of the first optical medium and second optical medium layers made of the second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium layer, which are alternately stacked. An optical multilayer filter in which the laminates are connected via a third optical medium layer made of a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium. ,
The third optical medium layer connects the first optical medium layer and the second optical medium layer,
The optical film thicknesses of the first optical medium layer, the second optical medium layer, and the third optical medium layer are respectively λ / 4 with respect to the design wavelength λ as a bandpass filter. An optical multilayer filter having a thickness of The optical multilayer filter according to claim 1, wherein
It said third optical medium layer, the optical multilayer filter characterized by comprising a third optical medium having a refractive index between the first optical medium and said second optical medium. The optical multilayer filter according to claim 1, wherein
It said third optical medium layer, the optical multilayer filter characterized by comprising a third optical medium having a first optical medium is smaller than the refractive index. The optical multilayer filter according to claim 1, wherein
The third optical medium layer is an optical multilayer filter comprising a third optical medium having a refractive index larger than that of the second optical medium. The optical multilayer filter according to any one of claims 1 to 4,
One of the third the first optical medium layer and the second optical medium layer excluding the first optical medium layer and the second optical medium layer adjacent to the optical medium layer for connecting the laminate optical multilayer film filter, characterized in that at least one layer, was replaced by the third optical medium layer. A plurality of first optical medium layers in which first optical medium layers made of a first optical medium and second optical medium layers made of a second optical medium having a higher refractive index than the first optical medium are alternately stacked. The laminated body is composed of a third optical medium layer made of a third optical medium having a refractive index different from that of the first optical medium and the second optical medium, and the first optical medium layer. An optical multilayer filter connected via a second laminated body laminated so that the layer becomes a third optical medium layer ,
The third optical medium layer at both ends of the second stacked body has the third optical medium layer at one end connected to the first optical medium layer of the first stacked body, and the third optical medium layer at the other end. A third optical medium layer is connected to the second optical medium layer of the first stack,
The optical film thicknesses of the first optical medium layer, the second optical medium layer, and the third optical medium layer are respectively λ / 4 with respect to the design wavelength λ as a bandpass filter. An optical multilayer filter having a thickness of The optical multilayer filter according to claim 6, wherein
At least one of the second laminates is composed of the third optical medium layer and the second optical medium layer, and a third layer is laminated so that both end layers are the third optical medium layer. An optical multilayer filter characterized by being replaced with a laminate. The optical multilayer filter according to claim 6 or 7,
It said third optical medium is an optical multilayer film filter which is characterized that you have a refractive index between the first optical medium and said second optical medium quality. The optical multilayer filter according to claim 6 or 7,
It said third optical medium is an optical multilayer film filter which is characterized that you have a greater refractive index than the second optical medium. The optical multilayer filter according to claim 6 or 7,
It said third optical medium is an optical multilayer film filter which is characterized that you have a smaller refractive index than the first optical medium.

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